Microfísica das nuvens Amazônicas: Propriedades dos hidrometeoros ... · PDF fileMaria Eugenia Baruzzi Frediani Microfísica das nuvens Amazônicas: Propriedades dos hidrometeoros

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE ASTRONOMIA, GEOFÍSICA E CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS

Maria Eugenia Baruzzi Frediani

Microfísica das nuvens Amazônicas: Propriedades dos hidrometeoros observados durante

as campanhas WetAMC/TRMM/LBA 1999 e DryToWet/RACCI 2002

São Paulo

2008

Maria Eugenia Baruzzi Frediani

Microfísica das nuvens Amazônicas: Propriedades dos hidrometeoros observados durante

as campanhas WetAMC/TRMM/LBA 1999 e DryToWet/RACCI 2002

Tese apresentada ao Departamento de Ciências Atmosféricas do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Ciências. Área de Concentração: Ciências Atmosféricas Orientador: Prof. Dr. Carlos Augusto Morales Rodriguez

São Paulo

2008

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, Flávia e Fernando Frediani, pelo carinho, suporte, aposta e confiança

em meu trabalho. Aos meus irmãos, Fernanda e Mário, por terem estado ao meu lado ao longo

deste caminho.

Ao meu orientador, Carlos Morales, por ter sempre acreditado em mim, pela

paciência e compreensão nos momentos de dificuldade. Pela sua dedicação, disposição e

proximidade.

Ao meu maior parceiro e companheiro, Renato Campos, pela motivação, apoio e

lealdade.

Aos meus queridos amigos, colegas e todos aqueles que de um modo ou de outro

contribuíram para que este trabalho acontecesse.

“When things are going well, something will go wrong. When things just can't get any worse, they will.

Anytime things appear to be going better, you have overlooked something.”

Richard Feynman

RESUMO

A necessidade de ampliar o conhecimento sobre as características dos processos

microfísicos das nuvens Amazônicas durante os diferentes regimes sazonais atuantes na

região ao longo do ano, motivou o início deste estudo. Portanto, o objetivo principal deste

trabalho foi a caracterização vertical interna das nuvens, através de medidas in situ realizadas

por aeronaves instrumentadas durante as campanhas experimentais TRMM/LBA (1999) e

Dry-To-Wet/RACCI (2002). As Estações Chuvosa, Seca e de Transição, apresentam

comportamentos muito distintos entre si, causados tanto por fatores naturais, como a

disponibilidade de vapor d’água na atmosfera, quanto pela ação do homem no meio ambiente,

como o desmatamento e as queimadas. Através dos perfis verticais das nuvens, baseados em

distribuições de tamanho dos hidrometeoros observados durante as campanhas, foi possível

definir a estrutura interna típica das nuvens de cada estação. Durante a Estação Chuvosa, o

número reduzido de aerossóis, possivelmente associado ao fato de apresentarem tamanhos

maiores, fez com que houvesse maior eficiência no crescimento de gotículas por condensação,

e conseqüentemente, no processo de colisão e coalescência. A moda de 32,5µm, na Estação

Chuvosa cresceu com gotículas ~ 12,5µm, enquanto que nas Estações Seca e de Transição ~

5,75µm. Ainda, a Estação Seca apresentou uma segunda moda mais evidente apesar de menor

concentração quando comparada com a Estação Chuvosa, em 170µm, mostrando um atraso

no crescimento de Colisão e Coalescência. As concentrações das modas de crescimento

também apresentaram diferenças relevantes. No caso da moda de condensação, as

concentrações máximas foram de 11,6; 93,9 e 126,0cm-3µm-1, e no caso da moda de Colisão e

Coalescência, as concentrações foram de 1,5; 2,6×10-5 e 2,3×10-5cm-3µm-1 para as Estações

Chuvosa, Seca e de Transição, respectivamente. Além da caracterização das estações, foi

possível encontrar indicativos sobre o efeito da poluição de origem antropogênica e as

alterações da cobertura vegetal. Constatou-se uma maior eficiência dos processos de

crescimento de hidrometeoros em ambiente com pouca poluição sobre área de floresta. Esta

eficiência foi retratada pela variação ao longo da vertical do diâmetro de 50% do conteúdo de

água líquida, que sob condição pouco poluída sobre floresta foi de 16µm, enquanto que sob

condição intensamente poluída, foi de apenas 5,3µm. Houve também, indícios de supressão

de hidrometeoros grandes, tais como observados durante a Estação Chuvosa. Enquanto os

hidrometeoros atingiram 12mm de diâmetro na Estação Chuvosa, nas Estações Seca e de

Transição o diâmetro máximo observado foi de 3,8 e 4,4mm, respectivamente. Isto pode

representar um efeito de inibição devido à competição pelo vapor entre a grande quantidade

de gotículas. Porém, vale ressaltar que durante 2002 o avião não realizou vôos abaixo da

isoterma de 0°C, podendo então ser um reflexo da amostragem de dados.

ABSTRACT

The need to extend our knowledge about the microphysical processes’ characteristics

of the Amazonian clouds during different seasonal regimes active has motivated the

development of this study. Based on this premises the main objective of this study was related

to the vertical characterization of the clouds, through in situ measurements obtained by

instrumented aircrafts during the experimental field campaigns of TRMM/LBA (1999) and

Dry-To-Wet/RACCI (2002). The seasonal regimes of the Amazonian region presented very

distinctive behaviors among each other, i.e., natural factors: availability of water vapor in the

atmosphere; or by human interference: deforestation and forest fires. Analyses of the

hydrometeors size distribution vertical structures indicated some significant characteristics

among each season. During the Wet Season the reduced number of aerosols, possibly

associated to its greater sizes, promoted an enhancement in the condensation growing process

efficiency and consequently, in the processes of collision and coalescence. In the Wet Season,

the 32.5µm cloud droplets mode grew with expense of the ~ 12.5µm cloud droplets, while in

the Dry and Transition Seasons’ it was based on the cloud droplets of ~ 5.75µm. Moreover,

the Dry Season presented a second coalescence mode, despite its lower concentration when

compared to the Wet Season, situated in 170µm which could demonstrated a delay in the

collision and coalescence process. The concentrations of the growing modes also exhibited

relevant differences. In the condensation mode, the maxima concentrations were 11.6; 93.9 e

126.0cm-3µm-1, and in the Collision and Coalescence mode, the concentrations were 1.5;

2.6×10-5 e 2.3×10-5cm-3µm-1 for the Wet, Dry and Transition Seasons, respectively. Besides

the characterization of the seasons, it was possible to encounter some indication of the effect

of anthropogenic pollution and the replacement of the forest. It was found that environments

less polluted over forest cover have better growing processes efficiency. This effectiveness

was revealed by the D0 (diameter that represents the 50% liquid water content) vertical

variation that in the low polluted condition over forest areas reached 16µm increase, while

under heavy polluted condition it was only 5.3µm There were also some indication of large

hydrometeors suppression, such as those observed during the Wet Season. The hydrometeors

reached a diameter of 12mm in the Wet Season while in the Dry and Transition Seasons its

was 3.8 and 4.4mm, respectively. These results could represent the water vapor competition

associated to the aerosols concentration available, although it is worth to mention that during

2002 the aircraft did not accomplished flights below the 0°C isotherm. Therefore, this effect

could be a consequence of the data sampling used in this study.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1.1: CURVA DE KELVIN ..................................................................................................................................... 27 FIGURA 1.2: CURVA DE KÖHLER PARA UMA GOTÍCULA INICIADA A 0°C ATRAVÉS DE UMA SOLUÇÃO DE 10

-16G DE NACL. OS VALORES S* E R* REPRESENTAM A SUPERSATURAÇÃO E RAIO CRÍTICO, RESPECTIVAMENTE. .......................................................... 27

FIGURA 1.3: PROCESSO INICIAL DE FORMAÇÃO DE GOTÍCULAS DE NUVEM PARA DIVERSOS TAMANHOS DE NÚCLEOS DE CONDENSAÇÃO E

VARIAÇÃO DA SUPERSATURAÇÃO DO AMBIENTE, CONFORME OCORRE A CONDENSAÇÃO DO VAPOR. (ADAPTADO DE WALLACE E

HOBBS 2006). ................................................................................................................................................. 34 FIGURA 1.4: NOMENCLATURA ADOTADA PARA OS HIDROMETEOROS EM FUNÇÃO DO DIÂMETRO. ............................................... 35 FIGURA 1.5: VALORES CALCULADOS PARA EFICIÊNCIA DE COLISÃO, E, COM A GOTA COLETORA COM RAIO R1 E GOTÍCULA COLETADA

COM RAIO R2. (ADAPTADO DE WALLACE E HOBBS 2006)......................................................................................... 36 FIGURA 1.6: RELAÇÃO ENTRE A TEMPERATURA MÉDIA DE CONGELAMENTO E DIÂMETRO DA GOTÍCULA. ITENS EM VERMELHO

CORRESPONDEM À NUCLEAÇÃO HETEROGÊNEA E ITENS EM AZUL, NUCLEAÇÃO HOMOGÊNEA. (ADAPTADO DE WALLACE E HOBBS

2006) ............................................................................................................................................................ 37 FIGURA 1.7: CONDIÇÕES IDEAIS DE TEMPERATURA E UMIDADE PARA O CRESCIMENTO NATURAL DE DIVERSOS TIPOS DE CRISTAIS DE

GELO. (ADAPTADO DE MAGONO E LEE, 1966) ....................................................................................................... 38 FIGURA 1.8: ESPECTROS DE TAMANHO DE PARTÍCULAS DE NUVEM, OBSERVADOS PRÓXIMO AO TOPO DE NUVENS CONTINENTAIS DO

TIPO CUMULUS: (A) EM SEIS PEQUENOS CUMULUS EM DESENVOLVIMENTO, (B) EM CINCO CUMULUS COMPLEXOS E (C) EM

QUATRO CUMULUS EMBEBIDOS EM NUVENS ESTRATIFORMES. (ADAPTADA DE HOBBS ET AL 1980) .................................. 40 FIGURA 1.9:CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA, MÁXIMO, MÉDIO E ADIABÁTICO VERSUS A ALTITUDE ACIMA DA BASE DA NUVEM.

(ADAPTADO DE SCHEMENAUER ET. AL. 1980). ....................................................................................................... 42 FIGURA 1.10: CONCENTRAÇÃO, DIÂMETRO E ESPECTRO DE GOTÍCULAS VERSUS A ALTITUDE ACIMA DA BASE DA NUVEM. (ADAPTADO DE

SCHEMENAUER ET. AL. 1980). ............................................................................................................................ 42 FIGURA 1.11: ESPECTRO DE GOTAS DE NUVEM EM UM CUMULUS ISOLADO PRÓXIMO À COSTA LESTE AUSTRALIANA. (A)

AMOSTRAGENS ADJACENTES TOMADAS COM 100M DE DISTANCIA ENTRE SI, PRÓXIMO AO TOPO DE UMA NUVEM COM 1400M

DE PROFUNDIDADE; (B) VARIAÇÕES COM A ALTURA DO ESPECTRO DE GOTÍCULAS. (ADAPTADO DE WARNER 1969). ............ 43 FIGURA 1.12: CONCENTRAÇÃO MÉDIA DE CCN EM FUNÇÃO DA SUPERSATURAÇÃO NECESSÁRIA PARA ATIVAÇÃO; (A) SOBRE O OCEANO,

(B)SOBRE O CONTINENTE E (C)MÉDIA DE TODAS AS OBSERVAÇÕES. (ADAPTADO DE TWOMEY E WOJCIECHOWSKI, 1969) ...... 44 FIGURA 1.13: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTÍCULAS EM NUVENS DO TIPO CUMULUS, SOBRE O CONTINENTE E SOBRE O OCEANO,

TAL QUE, ωL REPRESENTA O CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA EM CADA CASO. (ADAPTADO DE SQUIRES, 1958) ...................... 45 FIGURA 1.14: DISTRIBUIÇÃO NUMÉRICA DE TAMANHO MÉDIA (LINHA GROSSA) PARA OS TRÊS PERÍODOS METEOROLÓGICOS,

SEPARADAS EM QUASE HIDROFÓBICAS (LINHA FINA) E MODERADAMENTE HIGROSCÓPICA (LINHA TRACEJADA). (ADAPTADO DE

RISSLER ET. AL., 2006). ..................................................................................................................................... 51 FIGURA 3.1: MEDIÇÃO ÚNICA DE UMA NUVEM ISOLADA. (A) SÉRIE TEMPORAL DA TEMPERATURA DO AR (LARANJA), DO PONTO DE

ORVALHO (AZUL CLARO), CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA OBTIDO PELO CSIRO-KING (AZUL) E PELA FSSP (VERMELHO); (B)

CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS E GOTAS E (C) TRAJETÓRIA REALIZADA PELO AVIÃO E IMAGEM DE SATÉLITE CORRESPONDENTE

(GOES IRCH4). .............................................................................................................................................. 64 FIGURA 3.2: MÚLTIPLAS MEDIÇÕES DE UM ÚNICO SISTEMA. (A) SÉRIE TEMPORAL DA TEMPERATURA DO AR (LARANJA), DO PONTO DE

ORVALHO (AZUL CLARO), CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA OBTIDO PELO CSIRO-KING (AZUL) E PELA FSSP (VERMELHO); (B)

CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS E GOTAS E (C) TRAJETÓRIA REALIZADA PELO AVIÃO E IMAGEM DE SATÉLITE CORRESPONDENTE

(GOES IRCH4). .............................................................................................................................................. 65 FIGURA 3.3: COMPOSIÇÃO DAS TRAJETÓRIAS DIÁRIAS E COBERTURA VEGETAL REALIZADAS DURANTE A ESTAÇÃO CHUVOSA. ............ 67 FIGURA 3.4: COMPOSIÇÃO DAS TRAJETÓRIAS DIÁRIAS E COBERTURA VEGETAL REALIZADAS DURANTE A ESTAÇÃO SECA. ................... 68 FIGURA 3.5: COMPOSIÇÃO DAS TRAJETÓRIAS DIÁRIAS E COBERTURA VEGETAL REALIZADAS DURANTE A ESTAÇÃO DE TRANSIÇÃO. ...... 68 FIGURA 4.1: PERFIS VERTICAIS UTILIZADOS PARA CARACTERIZAR A ESTAÇÃO CHUVOSA: (A) NÚMERO TOTAL DE GOTÍCULAS MEDIDO

PELA FSSP, (B), (C) E (D) CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA PROVENIENTE DOS SENSORES FSSP, 2DC E 2DP, RESPECTIVAMENTE. ..................................................................................................................................................................... 76

FIGURA 4.2: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTÍCULAS E GOTAS, E DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO, OBTIDAS COM OS SENSORES FSSP, 2DC E 2DP EM OS DIVERSOS NÍVEIS DE PRESSÃO PARA O CASO DA ESTAÇÃO CHUVOSA, CASO

EC 01, DE 23/01/1999 DAS 20:21 ÀS 20:34Z. ................................................................................................... 81 FIGURA 4.3: TRAJETÓRIA DO VÔO CORRESPONDENTE AO CASO EC01. À ESQUERDA, ALTITUDE VERSUS LONGITUDE E À DIREITA,

LATITUDE VERSUS LONGITUDE. A LINHA CONTÍNUA REPRESENTA O PERCURSO REALIZADO PELO AVIÃO E OS PONTOS, AS

COORDENADAS ONDE FORAM TOMADAS AS MEDIDAS UTILIZADAS NAS DISTRIBUIÇÕES. A ESTRELA REPRESENTA O INÍCIO DA

TRAJETÓRIA. ..................................................................................................................................................... 81 FIGURA 4.4: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTÍCULAS E GOTAS, E DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO,

OBTIDAS COM OS SENSORES FSSP, 2DC E 2DP EM OS DIVERSOS NÍVEIS DE PRESSÃO PARA O CASO DA ESTAÇÃO CHUVOSA, CASO

EC02, DE 24/01/1999 DAS 20:11 ÀS 20:28Z. .................................................................................................... 83

FIGURA 4.5: TRAJETÓRIA DO VÔO CORRESPONDENTE AO CASO EC02. À ESQUERDA, ALTITUDE VERSUS LONGITUDE E À DIREITA, LATITUDE VERSUS LONGITUDE. A LINHA CONTÍNUA REPRESENTA O PERCURSO REALIZADO PELO AVIÃO E OS PONTOS, AS




EC04, DE 30/01/1999 DAS 19:12 ÀS 20:54Z. .................................................................................................... 85 FIGURA 4.7: TRAJETÓRIA DO VÔO CORRESPONDENTE AO CASO EC04. À ESQUERDA, ALTITUDE VERSUS LONGITUDE E À DIREITA,























TRAJETÓRIA. ..................................................................................................................................................... 95 FIGURA 4.16: PERFIS VERTICAIS UTILIZADOS PARA CARACTERIZAR A ESTAÇÃO SECA: (A) NÚMERO TOTAL DE GOTÍCULAS MEDIDO PELA

FSSP, (B), (C) E (D) CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA PROVENIENTE DOS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, RESPECTIVAMENTE. ... 96 FIGURA 4.17: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTAS E GOTÍCULAS, E DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO,

OBTIDAS COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y EM OS DIVERSOS NÍVEIS DE PRESSÃO PARA O CASO DA ESTAÇÃO SECA, CASO

ES08, DE 05/10/2002 DAS 16:43 ÀS 18:04Z. .................................................................................................... 98 FIGURA 4.18: TRAJETÓRIA DO VÔO CORRESPONDENTE AO CASO ES08. À ESQUERDA, ALTITUDE VERSUS LONGITUDE E À DIREITA,



TRAJETÓRIA. ..................................................................................................................................................... 99 FIGURA 4.19: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTAS E GOTÍCULAS, E DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO,


ES09, DE 05/10/2002 DAS 19:57 ÀS 20:31Z. .................................................................................................. 101 FIGURA 4.20: TRAJETÓRIA DO VÔO CORRESPONDENTE AO CASO ES09. À ESQUERDA, ALTITUDE VERSUS LONGITUDE E À DIREITA,



TRAJETÓRIA. ................................................................................................................................................... 101

FIGURA 4.21: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTAS E GOTÍCULAS, E DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO, OBTIDAS COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y EM OS DIVERSOS NÍVEIS DE PRESSÃO PARA O CASO DA ESTAÇÃO SECA, CASO




TRAJETÓRIA. ................................................................................................................................................... 103 FIGURA 4.23: PERFIS VERTICAIS UTILIZADOS PARA CARACTERIZAR A ESTAÇÃO SECA: (A) NÚMERO TOTAL DE GOTÍCULAS MEDIDO PELA

FSSP, (B), (C) E (D) CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA PROVENIENTE DOS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, RESPECTIVAMENTE. . 104 FIGURA 4.24: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTAS E GOTÍCULAS, E DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO,


ES03, DE 28/09/2002 DAS 17:53 ÀS 19:11Z. .................................................................................................. 106 FIGURA 4.25: : TRAJETÓRIA DO VÔO CORRESPONDENTE AO CASO ES03. À ESQUERDA, ALTITUDE VERSUS LONGITUDE E À DIREITA,



TRAJETÓRIA. ................................................................................................................................................... 106 FIGURA 4.26: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTAS E GOTÍCULAS, E DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO,







ES06, DE 04/10/2002 DAS 18:18 ÀS 18:28Z. .................................................................................................. 109 FIGURA 4.29: : TRAJETÓRIA DO VÔO CORRESPONDENTE AO CASO ES06. À ESQUERDA, ALTITUDE VERSUS LONGITUDE E À DIREITA,



TRAJETÓRIA. ................................................................................................................................................... 110 FIGURA 4.30: PERFIS VERTICAIS UTILIZADOS PARA CARACTERIZAR A ESTAÇÃO SECA: (A) NÚMERO TOTAL DE GOTÍCULAS MEDIDO PELA

FSSP, (B), (C) E (D) CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA PROVENIENTE DOS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, RESPECTIVAMENTE. . 110 FIGURA 4.31: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTAS E GOTÍCULAS, E DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO,










TRAJETÓRIA. ................................................................................................................................................... 114 FIGURA 4.35 : DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTAS E GOTÍCULAS, E DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO,







ES07, DE 04/10/2002 DAS 18:56 ÀS 19:31Z. .................................................................................................. 118

FIGURA 4.38: TRAJETÓRIA DO VÔO CORRESPONDENTE AO CASO ES07. À ESQUERDA, ALTITUDE VERSUS LONGITUDE E À DIREITA, LATITUDE VERSUS LONGITUDE. A LINHA CONTÍNUA REPRESENTA O PERCURSO REALIZADO PELO AVIÃO E OS PONTOS, AS


TRAJETÓRIA. ................................................................................................................................................... 118 FIGURA 4.39 : DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTAS E GOTÍCULAS, E DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO,





TRAJETÓRIA. ................................................................................................................................................... 120 FIGURA 4.41: PERFIS VERTICAIS UTILIZADOS PARA CARACTERIZAR A ESTAÇÃO DE TRANSIÇÃO: (A) NÚMERO TOTAL DE GOTÍCULAS

MEDIDO PELA FSSP, (B), (C) E (D) CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA PROVENIENTE DOS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, RESPECTIVAMENTE. ......................................................................................................................................... 121

FIGURA 4.42: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE GOTAS E GOTÍCULAS, E DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO, OBTIDAS COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y EM OS DIVERSOS NÍVEIS DE PRESSÃO PARA O CASO DA ESTAÇÃO SECA, CASO

ET01, DE 09/10/2002 DAS 18:17 ÀS 19:12Z. .................................................................................................. 123 FIGURA 4.43: TRAJETÓRIA DO VÔO CORRESPONDENTE AO CASO ET01. À ESQUERDA, ALTITUDE VERSUS LONGITUDE E À DIREITA,


















TRAJETÓRIA. ................................................................................................................................................... 129 FIGURA 5.1: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE HIDROMETEOROS, OBTIDAS COM OS SENSORES FSSP, OAP-2DC E 2DP, ENTRE OS

NÍVEIS DE PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS DA ESTAÇÃO CHUVOSA. .......................................................... 135 FIGURA 5.2: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE HIDROMETEOROS, OBTIDAS COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, ENTRE OS NÍVEIS DE

PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS DA ESTAÇÃO SECA. .............................................................................. 136 FIGURA 5.3: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE HIDROMETEOROS, OBTIDAS COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, ENTRE OS NÍVEIS DE

PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS DA ESTAÇÃO DE TRANSIÇÃO. ................................................................. 137 FIGURA 5.4: DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO, OBTIDA COM OS SENSORES FSSP, OAP-2DC E 2DP,

ENTRE OS NÍVEIS DE PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS DA ESTAÇÃO CHUVOSA. ............................................. 138 FIGURA 5.5: DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO, OBTIDA COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, ENTRE

OS NÍVEIS DE PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS DA ESTAÇÃO SECA.............................................................. 139 FIGURA 5.6: DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO, OBTIDA COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, ENTRE

OS NÍVEIS DE PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS DA ESTAÇÃO DE TRANSIÇÃO. ................................................ 140 FIGURA 5.7: FREQÜÊNCIA DE OCORRÊNCIA DO DIÂMETRO ONDE O CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA É 50% (D0), PARA AS CAMADAS

ENTRE OS INTERVALOS DE PRESSÃO, 900-800, 800-700, 700-600 E 600-500MB, PARA A ESTAÇÃO CHUVOSA. ............ 141

FIGURA 5.8: FREQÜÊNCIA DE OCORRÊNCIA DO DIÂMETRO ONDE O CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA É 50% (D0), PARA AS CAMADAS

ENTRE OS INTERVALOS DE PRESSÃO, 900-800, 800-700, 700-600 E 600-500MB, PARA A ESTAÇÃO SECA. .................. 142 FIGURA 5.9: FREQÜÊNCIA DE OCORRÊNCIA DO DIÂMETRO ONDE O CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA É 50% (D0), PARA AS CAMADAS

ENTRE OS INTERVALOS DE PRESSÃO, 900-800, 800-700, 700-600 E 600-500MB, PARA A ESTAÇÃO DE TRANSIÇÃO. ..... 143 FIGURA 5.10: PERFIL VERTICAL DO DIÂMETRO DE 50% DO CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA, PARA AS ESTAÇÕES CHUVOSA (EC), SECA

(ES) E DE TRANSIÇÃO (ET). .............................................................................................................................. 144 FIGURA 5.11: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE HIDROMETEOROS, OBTIDAS COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, ENTRE OS NÍVEIS

DE PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS POUCO POLUÍDOS SOBRE FLORESTA DA ESTAÇÃO SECA. ......................... 147 FIGURA 5.12: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE HIDROMETEOROS, OBTIDAS COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, ENTRE OS NÍVEIS

DE PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS MODERADAMENTE POLUÍDOS DA ESTAÇÃO SECA. ................................. 148 FIGURA 5.13: DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE HIDROMETEOROS, OBTIDAS COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, ENTRE OS NÍVEIS

DE PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS INTENSAMENTE POLUÍDOS DA ESTAÇÃO SECA. ...................................... 149 FIGURA 5.14: DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO, OBTIDA COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, ENTRE

OS NÍVEIS DE PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS POUCO POLUÍDOS SOBRE FLORESTA DA ESTAÇÃO SECA. ............ 150 FIGURA 5.15: DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO, OBTIDA COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, ENTRE

OS NÍVEIS DE PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS MODERADAMENTE POLUÍDOS DA ESTAÇÃO SECA. ................... 151 FIGURA 5.16: DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA POR TAMANHO, OBTIDA COM OS SENSORES FSSP, 200X E 200Y, ENTRE

OS NÍVEIS DE PRESSÃO DE 900 A 500MB, PARA OS CASOS INTENSAMENTE POLUÍDOS DA ESTAÇÃO SECA. ........................ 152 FIGURA 5.17: FREQÜÊNCIA DE OCORRÊNCIA DO DIÂMETRO ONDE O CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA É 50% (D0), PARA AS CAMADAS

ENTRE OS INTERVALOS DE PRESSÃO, 900-800, 800-700, 700-600 E 600-500MB, SOB CONDIÇÕES POUCO POLUÍDAS SOBRE

FLORESTA (PPF) DA ESTAÇÃO SECA. ................................................................................................................... 153 FIGURA 5.18: FREQÜÊNCIA DE OCORRÊNCIA DO DIÂMETRO ONDE O CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA É 50% (D0), PARA AS CAMADAS

ENTRE OS INTERVALOS DE PRESSÃO, 900-800, 800-700, 700-600 E 600-500MB, SOB CONDIÇÕES MODERADAMENTE

POLUÍDAS (MP) DA ESTAÇÃO SECA. ................................................................................................................... 154 FIGURA 5.19: FREQÜÊNCIA DE OCORRÊNCIA DO DIÂMETRO ONDE O CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA É 50% (D0), PARA AS CAMADAS

ENTRE OS INTERVALOS DE PRESSÃO, 900-800, 800-700, 700-600 E 600-500MB, SOB CONDIÇÕES INTENSAMENTE

POLUÍDAS (MP) DA ESTAÇÃO SECA. ................................................................................................................... 155 FIGURA 5.20: PERFIL VERTICAL DO DIÂMETRO DE 50% DO CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA, PARA AS CATEGORIAS POUCO POLUÍDO

SOBRE FLORESTA (PPF), MODERADAMENTE POLUÍDO (MP) E INTENSAMENTE POLUÍDO (IP), DA ESTAÇÃO SECA. ............ 156

LISTA DE TABELAS

TABELA 1.1: TIPOS DE NUVEM E SEUS VALORES CARACTERÍSTICOS DE CONTEÚDO DE ÁGUA LÍQUIDA, SUGERIDOS POR BOROVIKOV ET AL. (1963). .......................................................................................................................................................... 41

TABELA 3.1: CRITÉRIOS APLICADOS PARA CLASSIFICAÇÃO DAS AMOSTRAGENS. ....................................................................... 66 TABELA 3.2: PERÍODO DAS ESTAÇÕES SECA E DE TRANSIÇÃO DO ANO DE 2002. ..................................................................... 66 TABELA 3.3: REGIMES DA ESTAÇÃO CHUVOSA. ................................................................................................................ 68 TABELA 3.4: PRINCIPAIS INFORMAÇÕES OBTIDAS ATRAVÉS DO LIVRO DE REGISTROS DO AVIÃO, DURANTE A ESTAÇÃO CHUVOSA, E

IDENTIFICAÇÃO DOS TRECHOS ONDE AS MEDIÇÕES FORAM REALIZADAS SOBRE FLORESTA OU ÁREA DESMATADA. PARA

DESCRIÇÃO DA CLASSIFICAÇÃO, VIDE TABELA 3.1. .................................................................................................... 71 TABELA 3.5: PRINCIPAIS INFORMAÇÕES OBTIDAS ATRAVÉS DO LIVRO DE REGISTROS DO AVIÃO, DURANTE A ESTAÇÃO SECA, E


DESCRIÇÃO DA CLASSIFICAÇÃO, VIDE TABELA 3.1. .................................................................................................... 73 TABELA 3.6: CONTINUAÇÃO ......................................................................................................................................... 75 TABELA 3.7: PRINCIPAIS INFORMAÇÕES OBTIDAS ATRAVÉS DO LIVRO DE REGISTROS DO AVIÃO, DURANTE A ESTAÇÃO DE TRANSIÇÃO, E


DESCRIÇÃO DA CLASSIFICAÇÃO, VIDE TABELA 3.1. .................................................................................................... 75 TABELA 6.1: SÍNTESE DAS PRINCIPAIS VALORES OBTIDOS PARA CADA ESTAÇÃO (EC, ES E ET) E CONDIÇÃO DE POLUIÇÃO DA ESTAÇÃO

SECA (PPF, MP E IP). AS COLUNAS, DA ESQUERDA PARA A DIREITA, REPRESENTAM: O DIÂMETRO MÉDIO DAS GOTÍCULAS QUE

COMPUSERAM A 1ª MODA DA DISTRIBUIÇÃO; A CONCENTRAÇÃO NA 1ª MODA; O LWC NA 1ª MODA; O DIÂMETRO MÉDIO DAS

GOTÍCULAS DA 2ª MODA; A CONCENTRAÇÃO NA 2ª MODA; O LWC NA 2ª MODA; O DIÂMETRO MÁXIMO OBSERVADO; O

DIÂMETRO ONDE O LWC É 50%, O LWC TOTAL DE CADA SENSOR, FSSP, OAP-2DC/200X E OAP-2DP/200Y. ............. 160

LISTA DE ABREVIATURAS

CC Colisão e Coalescência

CCN Núcleos De Condensação De Nuvem

(do inglês, Cloud Condensation Nuclei )

IC Núcleos de condensação de gelo

(do inglês, Ice Nuclei )

LBA Large-Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia

LWC Conteúdo de água líquida

(do inglês, Liquid Water Content)

NCL Nível De Condensação Por Levantamento

TRMM Tropical Rainfall Measuring Mission

WETAMC Wet season Atmospheric Mesoscale Campaign

ZCAS Zona de Convergência do Atlântico Sul

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 23

1.1 Formação de Gotículas e Gelo ............................................................................................. 25

1.2 Distribuição de Tamanho de Hidrometeoros ....................................................................... 39

1.3 Análise de espectros ............................................................................................................. 46

1.4 Padrões Observados na Amazônia: Estação Chuvosa ......................................................... 47

1.5 Padrões Observados na Amazônia: Estação Seca e de Transição ....................................... 49

2 JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS ............................................................................... 52

2.1 O Cenário Atual ................................................................................................................... 52

2.2 A Importância e Necessidade do Estudo ............................................................................. 53

3 TRATAMENTO DOS DADOS ..................................................................................... 53

3.1 Instrumentos Utilizados nas aeronaves ................................................................................ 55

3.2 Correções e Calibrações dos Dados ..................................................................................... 62

3.3 Caracterização das Amostragens ......................................................................................... 66

4 CARACTERIZAÇÃO DAS NUVENS ......................................................................... 76

4.1 Estação Chuvosa, 1999 ........................................................................................................ 76

4.2 Estação Seca ........................................................................................................................ 96

4.3 Estação de Transição ......................................................................................................... 121

5 DIFERENÇAS MICROFÍSICAS ............................................................................... 130

5.1 Estação Chuvosa × Estação Seca × Estação de Transição ................................................. 130

5.2 Poluído × Não Poluído ....................................................................................................... 144

6 CONCLUSÕES ............................................................................................................. 157

7 REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 161

23

1 INTRODUÇÃO

O ciclo hidrológico é movido por uma série de processos complexos. Dentre eles, o

principal responsável pelo fechamento do ciclo é a precipitação. É nos trópicos que

encontramos os sistemas convectivos responsáveis pela maior parte da precipitação global

(Huffman et al 1997). Porém, para aprimorar qualquer estudo relativo à precipitação, como

por exemplo, a obtenção de resultados mais precisos dos modelos numéricos de previsão de

tempo e clima, ou mesmo para compreender melhor os impactos da interferência humana no

meio ambiente, é imprescindível conhecer profundamente os mecanismos que atuam dentro

das nuvens.

A ciência que descreve todos os processos internos à nuvem, desde a formação das

gotículas até o momento em que a precipitação deixa sua base, é conhecida como microfísica

de nuvens. Por meio dela, é possível compreender os processos responsáveis pela formação de

precipitação, que é resultado da produção de gotas de tamanhos precipitáveis. Uma vez que a

nuvem se forma, em seu interior encontram-se gotículas de diversos tamanhos, crescendo a

diferentes taxas e por distintos processos. Este crescimento diferenciado das gotículas é

causado pela variabilidade espaço-temporal de diversos parâmetros meteorológicos, como

temperatura, pressão, disponibilidade de vapor d’água e núcleos de condensação. Como

resultado, a concentração de gotículas varia ao longo do espectro de tamanho e, portanto,

exibe uma função cuja forma é determinada pelos processos de crescimento, conhecida como

Distribuição de Tamanho de gotas, ou Hidrometeoros (DTH).

Através de medições realizadas por aeronaves (Squires, 1958; Boravikov et al. 1963;

Warner, 1969; Hobbs et al. 1980; Vali, 1997; Stith et al. 2002) é possível obter a DTH

instantânea de uma nuvem, e através dela é possível identificar as características dos

processos de crescimento bem como as condições ambientais que originaram tal distribuição.

24

Deste modo, a análise de múltiplas DTH obtidas in-situ permite compreender a dinâmica local

de uma região e sua variabilidade sazonal, ou até mesmo quantificar a influência

antropogênica na formação e desenvolvimento das nuvens.

A introdução deste trabalho apresenta os principais aspectos da teoria da Microfísica

de Nuvens, os processos de nucleação, crescimento de gotículas e cristais de gelo e

desenvolvimento de uma população de gotículas. Adiante, são discutidas algumas

características relevantes das DTH obtidas através de medições com aeronaves em diversas

regiões do mundo. Também são abordados alguns dos principais padrões sazonais do clima na

Amazônia, estação chuvosa, seca e de transição, especialmente durante as campanhas

experimentais realizadas em 1999 e 2002. Uma vez que este estudo utiliza observações sobre

a região Amazônica, o segundo capítulo, Justificativa e Objetivos, compreende uma breve

discussão do estado da Arte, i.e., os aspectos microfísicos da região, e discute a importância

deste estudo. No terceiro capítulo, Dados, são descritos com maiores detalhes as fontes e os

dados utilizados ao longo de todo desenvolvimento do trabalho, e em seguida, expõe alguns

detalhes dos sensores a bordo das aeronaves utilizadas durante as campanhas experimentais

tratadas neste trabalho. O quarto capítulo, Metodologia, descreve todas as etapas de

tratamento e correção dos dados. O quinto capítulo, Análises, discute os resultados obtidos e o

sexto capítulo, apresenta as conclusões.

25

1.1 Formação de Gotículas e Gelo

Uma parcela de ar está saturada quando sua pressão parcial de vapor é igual à

pressão de vapor exercida por uma superfície plana de água. Isto significa que a camada de ar

contida em um recipiente termicamente isolado parcialmente preenchido com água, estará

saturada quando a transferência de moléculas entre a fase liquida e de vapor for igual. Esta é

uma situação de equilíbrio e a pressão de vapor exercida pela parcela de ar é função somente

de sua temperatura, como descreve a equação de Clausius-Clapeyron (1.1):

�� = �� 1.1

Onde, es é a pressão de vapor de saturação, T é a temperatura do ar, Lv é o calor latente de evaporação e Rv é a constante do gás para o vapor de água.

Na atmosfera a saturação pode ser atingida pelo resfriamento adiabático de uma

parcela de ar em ascensão, por levantamento forçado, por convecção ou por mistura de

massas de ar. A nucleação de gotículas ou cristais de gelo pode ocorrer a partir da saturação

de uma parcela de ar em determinado nível de temperatura e pressão, quando esta parcela

continua a ascender pela ação do empuxo sobre ela exercido ou pelas forças mecânicas de

levantamento. Quando condução ocorre, a liberação de calor latente devido à condensação do

vapor pode aumentar a força do empuxo.

• Nucleação Homogênea e Heterogênea

Para que uma gotícula de água pura cresça, a pressão de vapor de saturação sobre a

superfície esférica da gota deve ser inferior à pressão de vapor de saturação do ambiente,

como descreve a Equação de Kelvin (1.2).

26

�� = ��∞� exp � 2�� 1.2

Onde, es�r� é a pressão de vapor de saturação sobre a superfície esférica de uma gotícula de raio r com tensão superficial σ e densidade ρ a uma temperatura T. es�∞� é a pressão de vapor de saturação sobre uma superfície plana de água, comumente chamada de es do ambiente.

Tal que a supersaturação é definida pela razão ��/��∞� como:

" [%] = 100 ∗ � ��∞� − 1� 1.3

A diferença entre as pressões de vapor exercidas pela superfície esférica e plana é

conseqüência das diferenças entre as tensões superficiais de cada uma, i.e., quanto maior o

raio da gotícula maior será a tensão intra-molecular na sua superfície e, portanto, maior é a

dificuldade que as moléculas têm de escaparem. Através da Equação de Kelvin (1.2) é

possível observar que quanto maior o raio inicial da gotícula, menor será a pressão de vapor

de saturação. Assim, para um raio infinito, a pressão de vapor de saturação sobre a superfície

esférica se iguala à pressão de vapor de saturação sobre a superfície plana, tornando possível a

condensação do vapor sobre este tipo de superfície. Entretanto, como mostra a Figura 1.1, na

atmosfera a formação de gotículas por nucleação homogênea requer valores elevados de

supersaturação, portanto não ocorre espontaneamente, pois para que uma molécula de água dê

origem à uma gotícula seria necessário uma supersaturação das ordem de 400%.

Como a supersaturação observada na atmosfera raramente excede 102%, para que

uma gotícula se forme é necessário que haja nucleação heterogênea, i.e., presença de núcleos

de condensação (CCN). Os CCN atuam como soluto e reduzem a pressão de vapor de

saturação sobre a solução da gota, permitindo sua formação em baixa supersaturação (Figura

1.2). Desta maneira, o processo de surgimento e crescimento das gotículas se dá pela

combinação do efeito de soluto, promovido pela presença de certas substâncias que compõem

os núcleos de condensação, e pelo efeito de curvatura, que favorece o crescimento das

27

gotículas através da condensação do vapor sobre sua superfície, curva de Köhler (Köhler,

1921, Equação 1.4).

Figura 1.1: Curva de Kelvin

Figura 1.2: Curva de Köhler para uma gotícula iniciada a 0°C através de uma solução de 10-16g de

NaCl. Os valores S* e r* representam a Supersaturação e raio crítico, respectivamente.

100%

105%

110%

115%

0.001 0.01 0.1 1

Sup

ersa

tura

ção

(%)

Raio da Gotícula [µµµµm]

Curva de Kelvin

98%

99%

100%

101%

102%

0.01 0.1 1 10

Sup

ersa

tura

ção

(%)

Raio da Gotícula [µµµµm]

Efeito de curvatura, (a/r)

Efeito do soluto, (b/r3)

r*

S*

28

Equação de Köhler:

��∞� = 1 + +� − ,�- 1.4

Onde, + = 2�/�.�� ≈ 3,3 × 1034/5 e , = 3678/4:�.7� ≈ 4,368/7�, i é o grau de dissociação iônica, M é a massa de soluto, ms é o peso molecular do soluto e mv é o peso molecular do vapor. O termo (1+ a/r) é o termo de curvatura e (b/r³) é o termo de soluto.

A curva de Köhler (Equação 1.4) apresenta a dependência pressão de vapor de

saturação da gotícula em função do termo de curvatura (a/r) e do soluto (b/r³), conforme

mostra a Figura 1.2. Observa-se que o efeito do soluto é de diminuir a Supersaturação crítica

necessária para que a gotícula cresça. Quando a gota cresce em ambiente supersaturado

(S>1), a gotícula pode ser ativada, pois o seu crescimento não depende mais da

supersaturação do meio, já que a gotícula adquire um tamanho grande suficiente para que seu

crescimento passe a ser regido pelo efeito de curvatura, ou seja, a tensão superficial da

gotícula é capaz de impedir que as moléculas de água escapem para o ambiente. O tamanho

do raio de uma gotícula onde sua função de crescimento deixa de seguir o efeito de soluto e

passa a ser determinada pelo efeito de curvatura, é conhecido como raio crítico, representado

na Figura 1.2 por r*. Após atingir o raio crítico a gotícula se encontra ativada e continuará a

crescer mesmo em ambiente subsaturado.

• Crescimento por condensação de uma gotícula isolada

O processo de crescimento de uma gotícula se dá pela difusão das moléculas de água

sobre a sua superfície. A taxa de crescimento de uma gotícula esférica, estacionária, por

condensação, dr/dt, pode ser obtida através da Lei de Fick. O fluxo em um campo de vapor

isotrópico com densidade constante, ρ∞, situado a uma distância R do centro da gotícula, é

dado por:

29

=> = ? �� 1.5

Onde, r é o raio da gotícula; D é o coeficiente de difusão de vapor d’água no ar e ρ é a densidade de vapor na superfície da gota. .

A taxa de transporte de massa, obtida através da área pelo fluxo:

�> = 4:��=> = MNOPQ+OQ� = �7�Q 1.6

�7�Q = 4:��? �� 1.7

4:? R ��STS = �7�Q R ��UT

U 1.8

O crescimento por difusão de vapor uma gota isolada em repouso num campo de

vapor é obtido pela integração da Equação 1.7:

�7�Q = 4:�?��V − �� 1.9

• Se ρ∞ > ρ, a gota cresce

• Se ρ∞ < ρ, a gota evapora

De forma que ρ∞ é determinado pelas condições ambiente, e ρ depende do tamanho,

composição química e temperatura da gota. Entretanto, a temperatura na superfície da gota

não é a mesma do ambiente, já que a liberação de calor latente tende a aumentar a temperatura

da gota. Então, considerando a difusão de calor:

�W = �7�Q 1.10

Onde, L é o calor latente de evaporação da água, L=2,5.106J/kg.

30

A taxa de condução (dissipação) de calor sobre a superfície da gota (calor sensível)

é:

−4:��] �� = �W = �7�Q 1.11

Onde, K é o coeficiente de condutividade térmica.

4:] R ��_T_ = �7�Q R ��UT

U 1.12

A difusão de calor sobre a superfície da gota é obtida pela integração da

Equação1.12:

�7�Q = 4:�] ��U − �V� 1.13

Uma vez que m é dado por 7 = -̀ :�-�:

�7�Q = 43 :�3�� Q 1.14

Substituindo na Equação de difusão de vapor 1.9, aplicando a Equação geral dos

gases para o vapor de água (e = ρRvT), e assumindo a_T ~ a_:

� ��Q ≅ ?��V ��V − �� 1.15

Similarmente:

� ��Q ≅ ]� �� − �V� 1.16

Sendo a supersaturação ambiente " = dTdeT, a Equação 1.15 fica:

31

� ��Q ��V? = �"��V − �� = �" − ��V� ��V 1.17

Rearranjando os termos, e multiplicando por es = es(r):

��V = �� " − ��V?�� Q� 1.18

Assumindo que ex=1+x para x≪1, e aplicando à forma da Equação de Clausius-

Clapeyron (1.1) dada por:

��V = �gh � ��V� �� − �V�� 1.19

temos que: ijkj_Tl �� − �V� ≪ 1 � hN�Q+OQN, dedeT ≈ 1 + m ijkj_Tl �� − �V�n 1.20

Utilizando as Equações 1.16 e 1.18

1 + ��]��V� � ��Q = �� " − ��V?�� Q� 1.21

Definindo os termos de condução de calor e vapor como Fk e Fd, respectivamente:

=o = ��]��V� 1.22

=p = ��V?�� 1.23

Incluindo os efeitos de curvatura na pressão de vapor de equilíbrio da gota, a

aproximação para a taxa de crescimento de uma gota por condensação fica:

32

� ��Q = �" − 1� − +� + ,�-[=p + =o ��] 1.24

Onde, Fk é o termo de condução de calor e Fd é o termo de difusão de vapor.

Quando a gotícula se torna suficientemente grande, os termos qU e

rUs podem ser

desprezados, dde = 1, e a taxa de crescimento de uma única gotícula pode ser representada pela

Equação 1.25, conhecida como aproximação parabólica de crescimento:

��Q� = t�u� + 2Q �" − 1�[=o + =v] 1.25

33

• Crescimento de uma população de gotículas

Enquanto o crescimento de uma gotícula depende somente da relação entre a

supersaturação, temperatura, soluto e raio de curvatura; o crescimento de uma população de

gotículas depende também do consumo de vapor de água da nuvem em desenvolvimento,

provocando uma variação temporal da super saturação.

Esta variação depende de um termo de produção de vapor, determinado pelo

resfriamento durante a ascensão adiabática (corrente ascendente), e de um termo de consumo,

movido pela condensação do vapor em gotículas (Equação 1.26). Uma vez que o termo de

consumo prevalece sobre o termo de produção, as gotículas não ativadas evaporam de forma a

suprir a deficiência de vapor, provocada pelo crescimento das gotículas ativadas. A Figura 1.3

descreve a evolução deste processo ao longo do tempo. Após a supersaturação atingir o valor

máximo, S ~ 0,4%, as gotículas não ativadas, M=10-18 e M=10-19, evaporam. Já as gotículas

que permanecem, M=10-15, M=10-16 e M=10-17, após certo tempo, apresentam uma acentuada

diminuição na sua taxa de crescimento, pois mesmo que haja supersaturação, sua área

superficial aumenta com o quadrado do raio e a taxa de condensação de vapor em torno da

gotícula não é suficiente para manter a mesma taxa de crescimento anterior, tal como descrito

pela Equação Parabólica (Equação 1.25). Observa-se ainda que a supersaturação crítica

diminui, mesmo com a evaporação da gotícula não ativada, pois ela não é suficiente para

suprir o vapor condensado nas gotículas maiores.

�"�Q = w − x = 1� y z{�vM|� − {�v} �~�Q − � y�v�z�� + z�h�M|} ��Q 1.26

Onde, P é o termo de produção e C é o termo de condensação. dz/dt é a velocidade vertical do ar, dx/dt é a taxa de condensação em unidades de massa de condensado por massa de ar por unidade de tempo. cp é calor específico a pressão constante, cp=1005,0 J/kgK, Rd é a constante dos gases para o ar seco, Rd=287,05 J/kgK, L é o calor latente de evaporação da água, L=2,5.106J/kg, p é a pressão atmosférica, es é a pressão de vapor de saturação ambiente, e ε=R’/Rv=0,622,

34

Figura 1.3: Processo inicial de formação de gotículas de nuvem para diversos tamanhos de núcleos de condensação e variação da Supersaturação do ambiente, conforme ocorre a condensação do

vapor. (Adaptado de Wallace e Hobbs 2006).

Com o auxílio dos processos turbulentos (Almeida, 1976, 1979) e núcleos de

condensação gigantes, algumas gotículas crescem rapidamente até o tamanho de 20µm,

quando tem início o processo de crescimento por colisão e coalescência (de agora em diante

CC) que permite que as gotículas cresçam até gotas de chuva. McDonald (1958) sugeriu o

limite de r = 100μm para diferenciar gotas de nuvem das gotas de chuva, contudo, ao tratar de

uma gota de chuva típica é assumido raio de 1000µm. A nomenclatura adotada neste trabalho

para os intervalos de tamanho dos hidrometeoros, de agora em diante, será tal como descreve

a Figura 1.4.

35

Figura 1.4: Nomenclatura adotada para os hidrometeoros em função do diâmetro.

Colisões entre gotículas ocorrem principalmente por efeito gravitacional, ou seja,

quanto maior for a diferença da velocidade relativa entre gotas grandes e pequenas, maior a

chance de ocorrer colisão entre as gotículas. A eficiência de colisão (Figura 1.5) depende das

forças inerciais e aerodinâmicas, pois quanto maior a inércia da gotícula a ser coletada, maior

é a dificuldade de ser defletida pelo fluxo do ar para fora da área de colisão da gota coletora.

Além disso, colisão não significa que haverá coalescência. Ao colidirem, as gotículas podem

simplesmente não coalescer, podem coalescer temporariamente e após a separação manterem

suas identidades originais, ou ainda podem coalescer e em seguida sofrer uma quebra em

numerosas gotículas pequenas. Desta forma, o crescimento por CC (Equação 1.27) depende

do conteúdo de água líquida da nuvem e da eficiência de coleta isto é, a turbulência no

interior da nuvem:

��Q = :3 R �� + �� [�� − ��]O��-��, ��ku 1.27

Onde, R é o raio da gota coletora, r é o raio da gota coletada, u�R� é a velocidade terminal da gota coletora, u�r� é a velocidade terminal da gota coletada, n�r� é a distribuição de gotículas e E�R, r� é a eficiência de coleta.

Pode-se ainda reescrever

as gotículas coletadas são muito menores que a gota coletora, tal que r�²/R² ~ 1:

Onde, �� é o valor médio efetivo da eficiência de coleta da população de gotanuvem.

Figura 1.5: Valores calculados para Eficiência de Colisão, E, com a gota coletora com raio r1 e gotícula coletada com raio r2.

Analisando a equação parabólica de crescimento por condensação, observa

efeito de estreitamento do espectro

gotículas com raio muito pequeno

intervalos de tempo da ordem de 30 minutos

inicie e haja formação de precipitação num intervalo de tempo tal como é observado, é

necessário que existam outros processos intermediários como, flutuações da supersaturação,

promovendo crescimento diferenciado por condensação

turbulentos que geram coalescência estocástica (

atuação de CCN gigantes; e efeito

se ainda reescrever de forma simplificada (Modelo de Bowen)

são muito menores que a gota coletora, tal que

��Q = ��84�. ��

é o valor médio efetivo da eficiência de coleta da população de gota e M é o conteúdo de água líquida da

: Valores calculados para Eficiência de Colisão, E, com a gota coletora com raio r1 e gotícula coletada com raio r2. (Adaptado de Wallace e Hobbs 2006)

Analisando a equação parabólica de crescimento por condensação, observa

o espectro que representa uma baixa eficiência de coleta entre

gotículas com raio muito pequeno. Dessa maneira, é inviável obter gotas de chuva

da ordem de 30 minutos. Deste modo, para que o processo de CC se

de precipitação num intervalo de tempo tal como é observado, é


promovendo crescimento diferenciado por condensação (Baker et. al

coalescência estocástica (Almeida, 1976, 1979 e

atuação de CCN gigantes; e efeitos de entranhamento.

36

(Modelo de Bowen), assumindo que

são muito menores que a gota coletora, tal que u�R� ≫ u�r� e (R + 1.28

é o conteúdo de água líquida da

: Valores calculados para Eficiência de Colisão, E, com a gota coletora com raio r1 e (Adaptado de Wallace e Hobbs 2006)

Analisando a equação parabólica de crescimento por condensação, observa-se um

baixa eficiência de coleta entre

obter gotas de chuva em

. Deste modo, para que o processo de CC se

de precipitação num intervalo de tempo tal como é observado, é


et. al 1980); efeitos

Almeida, 1976, 1979 e Wang et. al 2006);

37

• Gelo

Uma vez que a nuvem atinge temperaturas abaixo de 0°C, pode haver formação de

gelo por congelamento de gotículas de nuvem ou sublimação de vapor. Quando presentes, os

embriões de gelo (gotículas que congelam ou núcleos de gelo), crescem rapidamente por

sublimação devido à diferença entre as pressões de vapor da água e do gelo, levando à

evaporação de gotículas quando o ambiente encontrar-se subsaturado em relação à água. O

surgimento de embriões de gelo pode acontecer por nucleação homogênea ou heterogênea. No

caso homogêneo, é necessário que haja uma reorganização das moléculas de água em uma

estrutura cristalina. O congelamento espontâneo depende tanto da temperatura quanto do

tamanho da gota que sofre o processo (Figura 1.6). A temperatura de nucleação homogênea

do gelo é inversamente proporcional ao tamanho da gota, no caso de uma gotícula de 5µm o

congelamento ocorre em temperaturas próximas a -40°C.

Figura 1.6: Relação entre a temperatura média de congelamento e diâmetro da gotícula. Itens em vermelho correspondem à nucleação heterogênea e itens em azul, nucleação homogênea. (Adaptado

de Wallace e Hobbs 2006)

Cristais de gelo formados por nucleação heterogênea surgem quando a temperatura

do topo da nuvem está em torno de -5°C e a ativação pelo núcleo de gelo pode ocorrer por

deposição, congelamento, contato ou imersão. Os tipos de partículas que servem como

núcleos de gelo nem sempre são os mesmos que servem como CCN, especialmente porque na

maior parte das vezes eles são insolúveis em água. Partículas com o espaçamento molecular e

arranjo cristalográfico similares às do gelo com estrutura hexagonal tendem a serem núcleos

de gelo eficientes.

O tipo de cristal de gelo resultante

fatores físicos e químicos, como

ativação, e as condições de supersaturação, intensidade

ascendente. A face de um cristal de gelo é predominantemente hexagonal e pode apresentar

formas semelhantes a colunas, pratos ou dendritos.

gelo e as condições ideais de temperatura e umidade

Figura 1.7: Condições ideais de temperatura e umidade para o crescimento de cristais de gelo. (

Do mesmo modo que ocorrem colisões entre gotículas, quando a temperatura está

abaixo de 0°C podem ocorrer colisões seguidas de coalescência entre cristais de gelo. Neste

caso, o processo pode ser chamado de acreção ou agregação.



áfico similares às do gelo com estrutura hexagonal tendem a serem núcleos

O tipo de cristal de gelo resultante do processo de nucleação

fatores físicos e químicos, como por exemplo, a composição do núcleo de gelo

s condições de supersaturação, intensidade e tempo de permanência n


formas semelhantes a colunas, pratos ou dendritos. A Figura 1.7 mostra diversos cristais de

de temperatura e umidade para sua formação.

Condições ideais de temperatura e umidade para o crescimento natural de diversos tipos de cristais de gelo. (Adaptado de Magono e Lee, 1966)



chamado de acreção ou agregação. As partículas de gelo conhecidas

38



áfico similares às do gelo com estrutura hexagonal tendem a serem núcleos

do processo de nucleação depende de diversos

núcleo de gelo, o processo de

e tempo de permanência na corrente


mostra diversos cristais de

natural de diversos tipos daptado de Magono e Lee, 1966)



As partículas de gelo conhecidas

39

como graupel são partículas que crescem pelo processo de acreção (riming), i.e., quando gotas

super-resfriadas são capturadas por uma partícula de gelo e congelam instantaneamente. Se o

congelamento não for imediato, há formação de uma estrutura mais densa, conhecida como

granizo. Já os flocos de neve são partículas formadas pelo processo de agregação, ou seja,

pela união de cristais de gelo e são encontrados com maiores dimensões próximos a 0°C

(Pruppacher e Klett,1997). A equação de crescimento do gelo por acreção ou agregação surge

de forma similar à Equação 1.21, porém adaptações são feitas para incluir a composição e

forma do gelo.

1.2 Distribuição de Tamanho de Hidrometeoros

A forma da distribuição de tamanhos de gotas depende do estágio de

desenvolvimento da nuvem, especialmente no caso de nuvens Cumulus. Assim, no estágio

maduro o espectro de distribuição é mais largo que nos estágios inicial e de decaimento, pois,

no estágio inicial os processos microfísicos de coalescência foram recentemente iniciados, e

no estágio final as gotas maiores já precipitaram e não resta mais energia para realimentação

do sistema. A Figura 1.8 mostra algumas diferenças entre os espectros de distribuição de

tamanho de gotas, onde Cumulus de tempo bom apresentam espectros mais estreitos que

Cumulus complexos (Cumulus Congestus, Cumulonimbus e sistemas convectivos) e Cumulus

que se desenvolvem embebidos em uma camada de nuvem estratiforme apresentam espectros

mais amplos. A Figura 1.8 (b) e (c), ilustra distribuições de nuvens onde as gotículas têm

tamanhos maiores, e a presença destas gotículas deu início ao processo de colisão e

coalescência dentro destas nuvens, provocando o surgimento de uma nova moda de

crescimento, em torno de 60µm de diâmetro. Este efeito será discutido com maiores detalhes

adiante.

40

Figura 1.8: Espectros de tamanho de partículas de nuvem, observados próximo ao topo de nuvens continentais do tipo Cumulus: (a) em seis pequenos Cumulus em desenvolvimento, (b) em cinco Cumulus complexos e (c) em quatro Cumulus embebidos em nuvens estratiformes. (Adaptada de

Hobbs et al 1980)

O crescimento de gotas é uma função não linear do conteúdo de água condensada. O

conteúdo de água líquida aumenta com a altura e atinge um máximo na porção média/superior

da nuvem e então decresce em direção ao topo. A região da nuvem que apresenta o máximo

conteúdo de água líquida fica onde a corrente ascendente é mais intensa. Isso ocorre porque a

diferença entre a temperatura da parcela em ascensão e a temperatura do ambiente aumenta a

taxa de supersaturação. Conforme essa diferença de temperatura diminui, a corrente

ascendente perde intensidade, a taxa de supersaturação fica reduzida e o conteúdo de água

líquida também diminui. Apesar da alta variabilidade do conteúdo de água líquida entre as

nuvens, Borovikov et al. (1963) sugeriu alguns valores característicos:

41

Cumulus – estágio inicial 0,2 – 0,5 g/m³

Cumulus – estágio avançado 0,5 – 1,0 g/m³

Cumulus Congestus / Cumulonimbus 0,5 – 3,0 g/m³

Cumulus com intensa corrente ascendente 5 g/m³

Altocumulus / Altostratus 0,2 – 0,5 g/m³

Stratus / Stratocumulus 0,1 – 0,5 g/m³

Nimbostratus 0,2 – 0,5 g/m³

Tabela 1.1: Tipos de nuvem e seus valores característicos de conteúdo de água líquida, sugeridos por Borovikov et al. (1963).

A Figura 1.9 e Figura 1.10 descrevem a estrutura vertical interna de uma nuvem

Cumulus típica. A Figura 1.9 exibe o perfil vertical do conteúdo de água líquida médio e

máximo, que aumenta com a altitude, mas não atinge o valor adiabático (calculado pela

ascensão adiabática de uma parcela de ar) devido ao entranhamento da parcela em ascensão

com o ar seco do ambiente. A Figura 1.10 apresenta a variação da concentração e do diâmetro

e a evolução do espectro de gotículas com a altitude. A concentração exibe um aumento a

partir da base da nuvem e atinge seu valor máximo quando o diâmetro médio das gotículas é

da ordem de 10µm, e então começa a diminuir. Este ponto, onde a concentração apresenta o

valor máximo, corresponde a máxima eficiência do processo de crescimento por difusão de

vapor e ao início do processo de CC, que é responsável pelo aumento contínuo do diâmetro

médio das gotículas com a altitude e o conseqüente alargamento da distribuição de gotículas.

42

Figura 1.9:Conteúdo de água líquida, máximo, médio e adiabático versus a altitude acima da base da nuvem. (Adaptado de Schemenauer et. al. 1980).

Figura 1.10: Concentração, diâmetro e espectro de gotículas versus a altitude acima da base da nuvem. (Adaptado de Schemenauer et. al. 1980).

Os espectros de tamanho de gotas muitas vezes apresentam duas modas de

distribuição, que se tornam mais acentuadas com o aumento da altitude (Figura 1.11). Na

Figura 1.11a, é possível notar uma distribuição bimodal, associada ao crescimento por

43

condensação e CC. As gotículas recém nucleadas são vistas em alta concentração e com

diâmetro pequeno, em torno de 10µm. A segunda moda da distribuição ocorre com gotículas

entre 30 e 40µm que crescem por CC. A Figura 1.11b além de mostrar ambos os processos,

evidencia que o processo de crescimento por condensação é mais acentuado nos níveis mais

baixos e, a medida que aumenta a altitude, as gotículas crescem, e o processo de CC fica cada

vez mais dominante. Warner (1969) afirmou que a segunda moda não pode ter origem no

processo de condensação e que as distribuições bimodais são mais comuns em ambiente

instáveis, ou seja, os processos turbulentos e o entranhamento de ar seco, principalmente no

topo da nuvem, contribuem fortemente para o desenvolvimento do processo de CC.

Figura 1.11: Espectro de gotas de nuvem em um Cumulus isolado próximo à costa leste Australiana. (a) Amostragens adjacentes tomadas com 100m de distancia entre si, próximo ao topo de uma nuvem

com 1400m de profundidade; (b) Variações com a altura do espectro de gotículas. (Adaptado de Warner 1969).

44

Os núcleos de condensação de nuvem (CCN) influenciam fortemente no tipo de

distribuição observada. Sobre o oceano observa-se concentrações da ordem de 100-300cm-3,

com tamanhos de alguns micrometros, enquanto sobre o continente, temos uma alta

variabilidade, 600-3.000cm-3, com tamanhos pequenos, menores que 1µm. Alguns autores

(Rosenfeld, 1999; Williams et al. 2002; Andreae, 2004) afirmam que uma maior quantidade

de CCN implica em maior competição pelo vapor, suprimindo a formação de precipitação na

fase quente da nuvem e intensificando as tempestades. Entretanto, é necessário também

considerar que o tamanho dos CCN observados sobre o oceano (ambiente limpo) é maior,

fazendo com que o crescimento de gotículas por CC aconteça mais rapidamente. Os CCN

observados sobre o continente (ambiente poluído) apresentam maior concentração e tamanhos

menores. A Figura 1.12 mostra o contraste da concentração de CCN sobre continente e

oceano. Considerando a relação direta entre a supersaturação e o tamanho do CCN (Equação

de Köhler, 1.4), sobre o continente observa-se concentrações mais altas, porém com tamanhos

menores. Esses fatores associados provocam o atraso no desenvolvimento das gotas de chuva,

facilitando o transporte de água para temperaturas mais frias e contribuindo com a formação

de nuvens mais profundas com maior quantidade de descargas elétricas (Albrecht, 2008).

Figura 1.12: Concentração média de CCN em função da supersaturação necessária para ativação; (a) sobre o oceano, (b)sobre o continente e (c)média de todas as observações. (Adaptado de Twomey e

Wojciechowski, 1969)

45

A Figura 1.13 mostra as diferenças nas distribuições de tamanho de gotículas sobre

continente e oceano. Sobre o oceano, a amplitude do espectro é maior, em termos de gotículas

de 5 a 45µm, com concentração inferior a 40cm-3. Observa-se ainda que o processo de

crescimento por CC já apresenta alguma eficiência, em 30µm. Sobre o continente o espectro é

mais estreito, as gotículas estão entre 4 e 20µm, a concentração máxima observada está em

torno de 220cm-3, quando as gotículas apresentam um diâmetro médio de apenas 14µm.

Essas diferenças podem ser atribuídas ao tamanho dos CCN, sua respectiva

concentração e a velocidade vertical presente.

Figura 1.13: Distribuição de tamanho de gotículas em nuvens do tipo Cumulus, sobre o continente e sobre o oceano, tal que, ωL representa o conteúdo de água líquida em cada caso. (Adaptado de

Squires, 1958)

O atraso no início do processo de CC, de uma nuvem que se desenvolve em ambiente

poluído, provocado pela maior quantidade de gotículas pequenas, pode inibir a formação da

precipitação da fase quente e como conseqüência, aumentar o tempo de vida da nuvem

(Albrecht 1989; Rosenfeld 2000; Ramanathan et al. 2001), tornando possível um maior

46

desenvolvimento vertical da nuvem e formação de tempestades severas. Entretanto, a grande

concentração de CCN emitidos por queimadas pode absorver radiação solar e aquecer a

atmosfera, reduzindo a incidência de radiação em superfície e por conseqüência a evaporação,

podendo inibir a formação de nuvens e causando um déficit no ciclo hidrológico (Ramanathan

et al. 2001; Kaufman et al. 2005).

As distribuições de hidrometeoros geralmente indicam um rápido decréscimo da

concentração com o aumento do tamanho, especialmente para diâmetros maiores que 1mm, já

que processos de colisão CC fazem com que a concentração de gotículas diminua enquanto

aumentam de tamanho. Também expressam uma tendência de aumento do número de gotas

grandes com o aumento da taxa de precipitação, pois as gotas precipitantes promovem a

coleta de gotículas ao longo da sua trajetória.

1.3 Análise de espectros

Conforme os núcleos de condensação ascendem verticalmente através da corrente

ascendente, o ambiente supersaturado faz com que o vapor se condense formando gotículas. O

número de gotículas cresce à medida que a distância da base da nuvem aumenta, pois o

aumento constante da supersaturação, intensificado pela corrente ascendente, promove uma

formação contínua de gotículas até que o excesso de vapor seja totalmente consumido ou não

haja mais núcleos de condensação. A partir deste momento, o número de gotículas ativadas

permanece constante, mesmo que o movimento ascendente continue, e o crescimento das

gotículas existentes continua acontecendo por difusão de vapor causando o aumento do

conteúdo de água líquida da nuvem e uma conseqüente diminuição da supersaturação. Se o

ambiente não contiver excesso de vapor, o conteúdo de água líquida, então, se mantém

constante e, conforme o tamanho adquirido pelas gotículas (R~20µm, segundo Rogers e Yau,

47

1989), o processo de CC pode ter início. Uma vez que pode ocorrer CC entre as gotículas, o

perfil vertical deve apresentar uma diminuição da concentração, mas o conteúdo de água

condensada não pode diminuir se não houver evaporação.

A diminuição do número de gotículas promovida pelo processo de CC deve estar

associada a um conteúdo de água líquida constante, ou crescente se ainda houver excesso de

vapor. Isto significa que quando as gotículas começam a coalescer espera-se que haja um

aumento do conteúdo de água nos espectros de tamanho maiores. Com o crescimento das

gotículas, o conteúdo de água líquida proveniente de gotas médias e grandes aumenta.

Entretanto, também é possível que ocorra um consumo das gotículas, conseqüência de outros

processos, como entranhamento. O entranhamento ocorre principalmente nas fronteiras da

nuvem através da mistura com o ar mais frio e mais seco do ambiente. Esta mistura faz com

que haja evaporação de gotículas de nuvem, provocando mais resfriamento pela perda de

calor latente. As diferentes parcelas que sofrem a mistura se tornam mais frias e mais secas e,

conseqüentemente mais densas que as parcelas ao redor, dando início a uma corrente

descendente que provoca mais entranhamento ao longo de seu trajeto.

1.4 Padrões Observados na Amazônia: Estação Chuvosa

A precipitação na Amazônia, além de diferir das outras regiões como a África

tropical, apresenta uma estrutura vertical típica, intermediária às observadas sobre continente

e oceano tropical. Sua estrutura convectiva é controlada por variações dinâmicas e

termodinâmicas da troposfera associadas às transições inter-sazonais, i.e., Estação Seca, de

Maio a Setembro, e Chuvosa, de Dezembro a Março (Rickenbach et al. 2001). Além disso,

existe também uma variabilidade na concentração e composição dos CCN, regida não

somente pelas condições naturais, como também antropogênica (Andreae et al. 2004).

48

Durante a estação chuvosa, a concentração de aerossóis é baixa (890cm-3, Artaxo et

al., 2002), pois o regime de chuvas promove uma lavagem constante da atmosfera, mantendo

sempre baixa a concentração de CCN. A disponibilidade de vapor associada com poucos

núcleos de condensação permite que a precipitação se forme antes da nuvem atingir o nível de

congelamento (Stith et al. 2002), mesmo sob ação de fracas correntes ascendentes.

As diferenças nos padrões sazonais de precipitação são resultados do tipo de

formação das nuvens. Durante a Estação Chuvosa há influencia de sistemas frontais

estacionários oriundos de latitudes médias e assim, os processos de chuva estratiforme são

favorecidos; pois há formação de uma estrutura de convecção local organizada regida pelo

vento zonal, produzindo sistemas com características mais semelhantes aos oceânicos.

Durante as Estações seca e de Transição, quando há dominância da termodinâmica local,

células altamente convectivas são produzidas, originando sistemas com maior

desenvolvimento vertical (Albrecht, 2008 e Morales et al., 2004).

Além da variabilidade inter-sazonal, a Amazônia apresenta também uma

variabilidade intra-sazonal durante a Estação Chuvosa, que é refletida na estrutura da

convecção, causada pela mudança nos padrões de vento de baixos níveis. A alteração do

comportamento dos ventos resulta em diferentes características, tal como da freqüência de

descargas elétricas e taxa de precipitação.

Muitos estudos já retrataram os padrões dos sistemas de nuvens observados na

Amazônia durante a estação chuvosa (Rickenbach et al. 2001, Williams et al. 2002, Petersen

e Rutledge 2001, Petersen et al. 2002, Carey et al. 2001). De modo geral, observou-se que

durante o regime de ventos de Oeste (Leste), as nuvens observadas apresentam fracas (fortes)

correntes ascendentes, baixa (maior) concentração de CCN, escassez (grande quantidade) de

descargas elétricas, segundo Williams et al. (2002); e menor (maior) desenvolvimento

vertical, menor (maior) extensão vertical de núcleos de precipitação acima de 30dBZ,

49

temperatura de brilho mais quentes (frias)e menores (maiores) taxas de precipitação segundo

Petersen et al. (2002). Williams et al. (2002) sugerem que o regime de Oeste apresenta

características semelhantes às nuvens marítimas, denominando este regime de Oceano Verde.

Entretanto, a variabilidade observada durante a Estação Chuvosa não é homogênea.

Petersen et. al. (2002) observaram que este comportamento é mais evidente na região sul da

Amazônia, sendo que, a estrutura convectiva vertical é mais pronunciada durante o regime de

Leste.

1.5 Padrões Observados na Amazônia: Estação Seca e de Transição

Na Amazônia durante a Estação Seca, ou pré monção (Williams et al. 2001), as

nuvens se formam em ambiente poluído por intensa queima de biomassa, e esta região

contribui com quase 30% de toda queima observada no planeta (Guyon et al. 2005). Os focos

de incêndio emitem partículas na atmosfera e, no caso da Amazônia, chegam a aumentar em

100 vezes a concentração natural de aerossóis. Nessa estação o número médio de aerossóis

observados foi de 8000cm-3 (Artaxo et al. 2002) com valores máximos atingindo 40.000cm-3,

enquanto que na estação chuvosa, o valor médio observado foi de 890cm-3.

Altas concentrações de CCN permitem que a condensação produza um número maior

de gotículas, entretanto, como a disponibilidade de vapor é limitada, essas gotículas podem

não atingir a eficiência de coleta e o processo de coalescência é muitas vezes suprimido.

Em termos de distribuições de gotas, Martins (2006) observou que em ambiente

poluído as distribuições são mais estreitas que as de ambiente limpo porque apesar da intensa

produção de gotículas, o processo de coalescência não é eficiente. No âmbito da precipitação,

modelos indicaram que a média da precipitação é maior quando a atmosfera está limpa,

entretanto os picos são mais intensos quando a concentração de CCN é alta.

50

Desta maneira, durante a estação seca haveria maior dificuldade de produzir gotas

precipitáveis, porém observa-se que ocorrem tempestades neste período. Segundo Williams et

al. (2002), esta estação apresenta condições mais extremas que as observadas no regime de

Leste da estação chuvosa. Portanto, existem outros mecanismos atmosféricos, além da

eficiência de coleta, que dão início às tempestades e atuam durante a estação seca.

Albercht (2008) observou que o desmatamento na região afeta diretamente a

estrutura termodinâmica da atmosfera aumentando a altura da base das nuvens e promovendo

tempestades muito mais severas. Sobre as regiões de pastagem as correntes ascendentes foram

mais intensas e foi observado um entranhamento mais enfraquecido por conta da menor

espessura da camada quente. Segundo Andreae et al. (2004), a redução do tamanho das gotas

em ambiente poluído eleva a altitude onde tem início a precipitação, e na presença de intensas

correntes ascendentes, as nuvens têm maior desenvolvimento vertical, iniciando sua fase fria,

podendo resultar em tempestades mais severas.

Rissler et. al. (2006) constatou que na estação seca, devido à poluição, a distribuição

numérica de tamanho dos aerossóis migra para intervalos de tamanhos maiores (Figura 1.14),

e apesar da fração recém produzida ser predominantemente “quase hidrofóbica”, processos

atmosféricos gradualmente convertem as partículas em “moderadamente higroscópicas”.

Assim, a presença de alguns CCN gigantes produziria algumas gotas coletoras

instantaneamente, antecipando o início da coalescência.

Figura 1.14: Distribuição numérica de tamanho média (linha grossa) para os três períodos meteorológicos, separadas em quase hidrofóbicas (linha fina) e moderadamente higroscópica (linha

tracejada).

: Distribuição numérica de tamanho média (linha grossa) para os três períodos meteorológicos, separadas em quase hidrofóbicas (linha fina) e moderadamente higroscópica (linha

tracejada). (Adaptado de Rissler et. al., 2006).

51

: Distribuição numérica de tamanho média (linha grossa) para os três períodos meteorológicos, separadas em quase hidrofóbicas (linha fina) e moderadamente higroscópica (linha

52

2 JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS

2.1 O Cenário Atual

A região tropical concentra grande parte da precipitação global, porém as medidas

são restritas a alguns sítios ou mesmo a campanhas experimentais. A precipitação nestas

regiões está associada a sistemas convectivos que apresentam alta variabilidade espaço-

temporal (Petersen et al. 2002, Rickenbach et al. 2001, Carey et al. 2001). Apesar deste

conhecimento, os modelos numéricos de previsão do tempo e de estimativa de precipitação

não possuem uma boa descrição da distribuição de tamanho de hidrometeoros nestas nuvens

(Laurent et al. 2002), o que provoca grandes erros na definição do ciclo hidrológico. Além do

mais, muitas caracterizações de sistemas de nuvens são baseadas em medidas de satélites

(Kingsmill et al. 2004), cujas resoluções espaciais e temporais ainda não são suficientes para

descrever os processos internos às nuvens (Vali 1997). O mesmo pode-se dizer dos efeitos

dos aerossóis nas nuvens e precipitação (Conant et al. 2002, Rosenfeld e Lensky 1998,

Hudson et al. 1991), que até recentemente somente haviam sido avaliados através de modelos

e observações por satélite (Andreae et al. 2004). Desta forma, medidas in situ através de

aeronaves são indispensáveis para estudos da composição e dos processos dentro de nuvens.

Os avanços obtidos nos últimos 50 anos evidenciam a importância do método, além

disso, certos tipos de medidas somente podem ser realizados com sensores a bordo de

aeronaves, e para alguns destes sensores não há substitutos. Mesmo sendo evidente a

necessidade deste tipo de medidas para obtenção de maiores avanços na área, ainda há muito

que ser melhorado em termos de volume de medidas e calibração dos instrumentos (Vali

1997).

53

2.2 A Importância e Necessidade do Estudo

Durante os anos de 1999 e 2002 foram realizadas duas campanhas experimentais na

região Amazônica, que contaram com medidas de aviões instrumentados para a caracterização

das nuvens e com radares meteorológicos para permitir observações tridimensionais da

precipitação. Dessa maneira a proposta deste estudo é, a partir destes dois experimentos,

aprimorar a descrição dos hidrometeoros nesta região, que poderá auxiliar o desenvolvimento

de melhores parametrizações de nuvens utilizadas em modelos numéricos de previsão do

tempo e clima. Para isto, tenta-se esclarecer os seguintes aspectos: os principais mecanismos

de formação de gotículas e cristais de gelo dentro das nuvens na região Amazônica; verificar

se existem diferenças entre as gotículas formadas durante a estação seca e a estação chuvosa;

qual é o papel dos aerossóis, na formação ou inibição da precipitação; e finalmente

caracterizar a distribuição de tamanho médio dos hidrometeoros dessas nuvens.

3 TRATAMENTO DOS DADOS

A campanha TRMM/LBA (Silva Dias et al., 2002) realizada durante a estação

chuvosa, de Janeiro à Fevereiro de 1999, teve como objetivo a avaliação dos produtos de

estimativa de precipitação oriundos do radar meteorológico e dos algoritmos de estimativa de

precipitação do satélite TRMM (Kummerow et. al 1998). Este experimento contou com as

medidas de um avião instrumentado da Universidade de Dakota do Norte conhecido como

UND Citation II. Esta plataforma possuía sensores capazes de medir a distribuição do

tamanho dos hidrometeoros desde 5 a 25.000 µm, temperatura do ar e do ponto de orvalho,

umidade relativa, conteúdo de água liquida e de gelo, velocidade vertical e pressão

atmosférica. Como o Citation é um avião pressurizado, foi possível realizar medidas desde o

54

topo das nuvens (~ -50oC) até a base (~ 20oC). Os sensores a bordo do avião, utilizados para

este estudo foram: sensor de Temperatura Total Rosemount, Higrômetro EG&G, sensores de

Pressão Estática e Dinâmica Rosemount, sensor de Fio Quente Csiro King e Detector de Gelo

Rosemount, e os contadores de hidrometeoros: Forward Scattering Spectrometer Probe -100

(FSSP), entre 5 e 40µm com intervalos de 5µm, Cloud Particle Imager (CPI), entre 40 e

150µm com intervalos de 10µm, Two-Dimensional Cloud Probe (2DC), entre 150 e 1000µm

com intervalos de 50µm, High Volume Particle Sampler (HVPS) e Two-Dimensional

Precipitation Probe (2DP), ambos entre 1000 e 25000µm com intervalos de 400µm.

A campanha Dry To Wet/ RACCI-2002 (Silva Dias et al., 2005) foi realizada entre

Setembro e Novembro de 2002, e tinha como objetivo principal o entendimento da convecção

durante a transição entre as estações seca e chuvosa, além do impacto dos aerossóis de

queimadas na formação das nuvens e precipitação. Nesta campanha as nuvens foram

amostradas pelos aviões instrumentados da Universidade Estadual do Ceará - UECE, e do

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE. A aeronave ALPA (Avião Laboratório para

Pesquisas Atmosféricas) da UECE obteve as medidas de microfísica, utilizadas neste estudo,

enquanto que a aeronave do INPE obteve medidas dos aerossóis e química da atmosfera.

Diferentemente da campanha de 1999, estes aviões não eram pressurizados o que restringia às

medidas até 15 mil pés (4.5 km) ou próximo da temperatura de 0oC. As medidas utilizadas

foram obtidas pelos sensores: Temperatura Total Rosemount, Higrômetro EG&G, sensores de

Pressão Estática e Dinâmica Rosemount, sensor de Fio Quente Csiro King, contador de CCN,

Forward Scattering Spectrometer Probe -100, entre 2,5 e 47µm com intervalos de 1,5µm, One

diemnsion Optical Array Probe (OAP-1D 200x), entre 20 e 300µm com intervalos de 30µm e

OAP-1D 200y, entre 300 e 4500µm com intervalos de 300µm.

Além dos dados obtidos em cada campanha, este estudo fundamentou-se nas

imagens do canal 04 do infravermelho, 10,8µm, do satélite GOES-8, disponíveis em

55

intervalos de 30 minutos, processadas pelo CPTEC/INPE, em uma grade regular de 4 x 4 km.

Também foram utilizadas as imagens do satélite LANDASAT e livro dos registros de vôo do

avião.

3.1 Instrumentos Utilizados nas aeronaves

O conhecimento do funcionamento dos instrumentos utilizados nos aviões permite

maior compreensão dos dados que serão analisados, além de possibilitar a identificação de

possíveis erros e divergências das medidas obtidas. Assim, a seguir são apresentados 11 sub-

itens, que apresentam uma breve descrição de cada um dos sensores utilizados, conforme o

manual do NCAR RAF Bulletin.

• O termômetro de Temperatura Total:

Baseia-se na resistência de um condutor, no caso a platina, que varia linearmente

com a temperatura. Segundo Lawson e Cooper (1990), apesar de o sensor de temperatura

Rosemount apresentar certa inércia na presença de gotas, o instrumento é molhável em

nuvens do tipo cumulus e pode fornecer medidas erradas quando em baixas temperaturas.

Além disso, neste tipo de sensor, obtêm-se erros resultantes da condução de calor local, do

auto-aquecimento causado pela corrente usada para medir a resistência, do aquecimento do ar

e finalmente da transferência radiativa de calor. Mesmo assim, para uso em aeronaves, esses

erros podem ser desprezíveis afetando somente o tempo de resposta do instrumento.

As equações utilizadas para calcular a temperatura do ar medida pelo sensor de

temperatura total de Rosemount são:

��[°x] = ��[°x] ∗ 21,619 − 56,7178 3.1

56

�q[°x] = �� []]�1 + �8�x�� ∗ �� ∗ mM|M − 1n2 � − 273,15

3.2

8�x� = �2 ∗ M�v ∗ ��W" [7,]w" [7,] + 1�k�� − 1� 3.3

Onde, Tf é a temperatura na fuselagem, Ts é a temperatura dada pelo instrumento, Ta é a temperatura ambiente, Rf é o fator de correção dos sensores de temperatura, para a fuselagem Rf=0,892, cp é calor específico a pressão constante, cp=1005,0 J/kgK, cv é o calor específico a volume constante, cv=718,0 J/kgK Rd é a constante dos gases para o ar seco, Rd=287,05 J/kgK, QS é a pressão dinâmica e PS é a pressão estática.

• O Higrômetro EG&G:

Mede a temperatura do ponto de orvalho através da técnica de espelhos resfriados,

onde a temperatura de um espelho é reduzida até que a saturação do vapor seja atingida e haja

deposito de água sobre o mesmo. Quando a água se deposita sobre o espelho, as propriedades

de reflexão mudam e a temperatura do espelho, que corresponde à temperatura do ponto de

orvalho, é detectada por um termômetro de resistência de platina. Este tipo de higrômetro

fornece boas medidas quando em ar limpo apesar da lenta resposta. O instrumento não é

confiável quando dentro de nuvens e apresenta incertezas para temperaturas de ponto de

orvalho abaixo de 0oC, pois o vapor condensado no espelho pode ser água ou gelo (Vali

1997).

A equação utilizada para calcular a temperatura do ponto de orvalho medida pelo

higrômetro EG&G é:

Se TDP > 0,0: �?wx [℃] = 20,0676 ∗ �?w − 49,406

3.4

Se TDP < 0,0: 3.5

57

�?wx [℃] = 20,067 ∗ [0,009109 + �?w ∗ �1,134055 + �?w ∗ 0,001038�]− 49,406 Onde, TDPC é a temperatura do ponto de orvalho corrigida e TDP é a temperatura dada pelo instrumento.

• O sensor de Pressão Estática e Dinâmica:

Mede as pressões estática e de pitot, utilizadas para determinar a velocidade real do

ar. A Pressão Dinâmica é produzida pelo ar em movimento e a Pressão Estática é produzida

pela concentração das moléculas de ar, a pressão atmosférica. Desta forma, a pressão

dinâmica é a diferença entre a pressão total do tubo de pitot e a pressão estática.

As equações utilizadas para calcular as pressões estática e dinâmica medidas pelo

sensor são:

w"x [7,] = w" ∗ 108,54 − 1,34 3.6

Wxx [7,] = Wx ∗ 17,2166 − 0,141146 3.7

Onde, PSC é a Pressão estática corrigida, PS é a pressão estática dada pelo instrumento, QCC é a pressão dinâmica corrigida e QC é a pressão dinâmica dada pelo instrumento.

• O sensor de fio quente Csiro King:

Relaciona a potência fornecida a um fio aquecido, causado pelo resfriamento da

vaporização de gotas que atingem o instrumento. Vali (1997) descreve que o sensor Csiro

King é mantido a uma temperatura constante (~160ºC), e permanece protegido de perdas de

calor para a estrutura de apoio. O conteúdo de água é derivado da potência necessária para

manter o sensor à temperatura constante, sendo que o resfriamento devido à temperatura do ar

é corrigido por equações de transferência de calor. Segundo King et.al. (1985) o erro na

medição não ultrapassa 15%.

As equações utilizadas para calcular o conteúdo de água líquida medido pelo Csiro

King são:

58

w = wpk� + w��_ w = ¡ ∗ : ∗ ¢ ∗ ��[℃] − �q[℃]� + £ [7] ∗ �[7]∗ [ + M.> ∗ ��r[℃] − �q[℃]�] ∗ ¤q [7/P] ∗ ¥x[{/7³] 3.8

¤q[7/P] = t�M|M ∗ �v ∗ �q[]]� ∗ 8�x� 3.9

Onde, P é a potência dissipada pelo sensor, PDRY é a potência dissipada pelo efeito de resfriamento do ar seco, PWET é a potência necessária para aquecer e vaporizar a água líquida, Nu é o número de Nusselt, que relaciona a perda de calor por condução à perda total de calor pelo ar seco, l é o comprimento do sensor, k é a condutividade térmica do ar seco, Tb é a temperatura de ebulição da água, d é o diâmetro do sensor, L é o calor latente de evaporação da água, L=2,5*106J/kg, clw é o calor específico da água líquida, clw=4218J/kgK, Ua é a velocidade real do ar, LWC é o conteúdo de água líquida e MACH, dado pela Equação 3.3.

• O sensor FSSP:

Relaciona a quantidade de luz pró espalhada por uma partícula esférica com o seu

tamanho. O tamanho da partícula é calculado pela teoria de espalhamento de Mie, através do

comprimento de onda incidente, do índice de reflexão da partícula e dos ângulos de

espalhamento da luz coletada. Como os sensores não são capazes de distinguir entre água e

gelo, muitas flutuações são obtidas devido às formas cristalinas, uma vez que o sensor é

calibrado assumindo espalhamento esférico.

As equações utilizadas para calcular a concentração de gotas e o conteúdo de água

líquida medidos pela FSSP são:

x [M73-] = O®?¯= [77] ∗ "°[M7-]®±-u.±a 3.10

¥x [{/7-] = :6 ∗ �[{/7-] ∗ x[M73-] ∗ �®- [M7] 3.11

"° [M7-] = ¤q [7/P] ∗ Q[P] ∗ ²?[77] ∗ ?¯=[77] 3.12

59

?¯= = 9482 ∗ ��[77] 3.13

Onde, C é a concentração de partículas por unidade de volume e ni é o número de gotas detectadas no canal de tamanho i, ρ é a densidade da água e di é o diâmetro do canal de tamanho i, SV é o volume da amostra (sample volume), t é o tempo da amostragem e BD é o diâmetro efetivo do feixe de laser, BD ~0,1mm, DOF é a profundidade de campo (depth of field), DOF médio ~2,9mm, e r é o raio da partícula.

• O sensor OAP-1D:

Sensor que utiliza um laser para iluminar um arranjo linear de fotodiodos. Conforme

a partícula passa pelo foco do feixe, uma sombra é criada nos diodos e a contagem de diodos

sombreados representa o tamanho da partícula. Os sensores OAP 200X medem partículas com

diâmetros de 40 µm a 280 µm com incrementos de 20 µm; e os sensores OAP 200Y medem

de 300 µm a 4 500 µm com incrementos de 300 µm.

As equações utilizadas para calcular a concentração de gotas medida pela OAP-1D

são:

x [M73-] = O®"�®±a4.±a 3.14

"�[M7-] = �8 ∗ � − g − 1� ∗ ?¯=[77] ∗ ¤q ·7P ¸ ∗ Q[P] 3.15

Onde, C é a concentração de partículas por unidade de volume, ni é o número de gotas detectadas no canal de tamanho i, SA é a área da amostra (sample area), d é o diâmetro do diodo, d=0,2mm, M é um fator de magnitude, M�200X�=10 e M�200Y�=0,667, N é o número de diodos no arranjo, x é o número de diodos sombreados pela partícula, t é o tempo da amostragem, Ua é dado pela Equação 3.9 e DOF é dado pela Equação 3.13.

• O sensor CPI:

Fornece informação detalhada dos tamanhos e formas das partículas entre ~20 e

1000µm de diâmetro, com resolução de 2,3µm. As partículas que atravessam uma intersecção

de dois feixes de laser, com velocidades de até 200m/s, acionam uma câmera de 75 frames

por segundo, capaz de amostrar mais de 25 partículas por imagem. O sistema seleciona as

60

partículas de cada imagem e as dimensiona em tempo real, além de determinar a concentração

(Var * no particulas/área).

A equação utilizada para calcular a concentração de gotas medida pelo CPI é:

x [73-] = O®� [7�] ∗ ¤q[7/P]®±aa.±a 3.16

Onde, C é a concentração de partículas por unidade de volume, ni é o número de gotas detectadas no canal de tamanho i, A é a área da imagem e Ua é dado pela Equação 3.9.

• Os sensores 2DC e 2DP:

São arranjos ópticos de duas dimensões (OAP-2D) compostos por uma grade de

fotodetectores que medem a sombra das partículas que atravessam o feixe de laser, gerando

medidas bidimensionais do tamanho das partículas. As informações de tamanho e forma são

obtidas posteriormente através de um algoritmo de reconhecimento. O sensor 2DC mede no

intervalo de 25 µm a 800 µm e o 2DP no intervalo de 200 µm a 6400 µm.

A equação utilizada para calcular a concentração de gotas medida pelo 2DC e 2DP é:

x [£3a] = "¥? ∗ 1[�¥ + 4 ∗ �[7]� ∗ ?¯=[77] ∗ ¤q[7/P] ∗ Q[P]] 3.17

Onde, C é a concentração de partículas por unidade de volume, r é o raio da partícula, t é o tempo da amostragem, Ua é dado pela Equação 3.9, DOF é dado pela Equação 3.13, SWD é a sombra ou contagem das partículas, W é a largura do arranjo de diodos (800µm para 2DC e 6400µm para 2DP).

• O HVPS:

É um arranjo óptico de duas dimensões (OAP-2D) que mede tamanho, forma e

concentração de partículas precipitáveis, com resolução de 200µm e com tamanho de até 5cm.

A equação utilizada para calcular a concentração de gotas medida pelo HVPS é:

x [£3a] = "¥? ∗ 1[�¥ + 4 ∗ �[7]� ∗ ?¯=[77] ∗ ¤q[7/P] ∗ Q[P]] 3.18

61

Onde, C é a concentração de partículas por unidade de volume, t é o tempo da amostragem, Ua é dado pela Equação 3.9, DOF é dado pela Equação 3.13, W é a largura do arranjo de diodos, W=5cm.

• O Detector de Gelo:

É composto por uma unidade cilíndrica que vibra axialmente a uma freqüência de

40Hz. O acumulo de gelo no cilindro diminui a freqüência de ressonância que então é

comparada com o valor de referência, fornecendo a massa acumulada. Uma vez que certa

quantidade de massa foi acumulada, o cilindro aquece até derreter o gelo em seu interior.

A equação utilizada para calcular o conteúdo de gelo medido pelo detector de gelo

Rosemount é:

»¥x [{/7-] = ¼ ∗ �°�Q 1�� ∗ � ∗ £ ∗ ¤q 3.19

Onde, IWC é o conteúdo de água super resfriada, G é o coeficiente de sensitividade que relaciona a taxa da mudança de massa à voltagem do sensor, dV/dt é a variação do volume no período, Ec é a eficiência de coleta, l é o comprimento do sensor, Ua é dado pela Equação 3.9, e d é a largura.

62

3.2 Correções e Calibrações dos Dados

Nesta seção são apresentados os procedimentos utilizados para calibrar os dados,

uniformizar as medidas e classificá-las de forma a caracterizar as diferentes propriedades

propostas no objetivo deste trabalho.

A primeira condição considerada para iniciar a caracterização dos hidrometeoros foi

com relação às diferenças entre as bases de dados de cada campanha: WetAMC e Dry-to-

Wet/RACCI. A fonte utilizada para a primeira campanha forneceu dados calibrados,

compreendendo somente amostragens realizadas dentro de nuvens, sendo os valores médios

em 6s. Neste caso, a única alteração realizada sobre a base de dados foi a conversão das

unidades de medida dos valores das concentrações obtidos pela FSSP, que indicava unidades

por litro por micrometro (l*µm-1) e foram convertidas para unidades por centímetro cúbico

por micrometro (cm3*µm-1).

No caso da base de dados utilizada para a campanha Dry-to-Wet/RACCI, foi

necessário um número maior de calibrações e ajustes, uma vez que estes dados não sofreram

nenhum tipo de tratamento. Primeiramente foi realizada uma redução da freqüência de

amostragem, de 20Hz para 1Hz, a fim de minimizar os erros das medidas. Posteriormente, as

medidas obtidas pela FSSP foram sincronizadas com o restante das medidas, já que foram

coletadas por um outro sistema de aquisição de dados, e por isso apresentavam defasagem

temporal entre si. Como o objetivo da campanha Dry-to-Wet/RACCI, além da compreensão

dos mecanismos de convecção, era investigar o papel dos aerossóis, as medidas foram

tomadas em ambiente com e sem nuvens. Por essa razão, foi necessário selecionar os trechos

dos vôos em que a aeronave esteve dentro da nuvem, para que cada amostragem resultante

pudesse ser classificada de maneira independente.

63

O critério adotado para separar os trechos de cada vôo foi baseado nas imagens do

satélite GOES-IR, séries temporais de temperatura, ponto de orvalho, conteúdo de água

líquida e concentração de hidrometeoros medida pela FSSP. Com a verificação simultânea das

imagens de satélite e do comportamento dos parâmetros meteorológicos observados foi

possível identificar os momentos de transição entre os ambientes com e sem nuvens. Já a

análise da altitude, trajetória do avião e imagens de satélite possibilitou identificar múltiplas

medições de uma única nuvem, e medições únicas de nuvens isoladas ao longo da rota da

aeronave.

A Figura 3.1 e Figura 3.2 ilustram um exemplo da aplicação do critério de separação

dos trechos. Cada figura é composta pelos paineis (a), (b) e (c), onde, (a) apresenta as séries

temporais da temperatura do ar (laranja), do ponto de orvalho (azul claro), conteúdo de água

líquida obtido pelo Csiro-King (azul) e pela FSSP (vermelho); (b) apresenta a evolução

temporal da concentração de partículas e gotas em função do diâmetro e (c) apresenta a

trajetória realizada pelo avião e os pontos com os valores numéricos das medidas.

Na Figura 3.1, as setas 1, 2, 3 e 4 apontam para o instante em que o avião entrou em

uma nuvem. A seta 1 aponta para um ligeiro aumento seguido de uma diminuição da

temperatura do ar; a seta 2 mostra o aumento da temperatura do ponto de orvalho,

aproximando-a da temperatura do ar; a seta 3 mostra o súbito aparecimento do conteúdo de

água líquida; e a seta 4 aponta para as partículas coletadas pela FSSP. Já as setas 5, 6, 7 e 8

indicam o instante onde o avião saiu da nuvem, e as séries temporais da temperatura do ar, do

ponto de orvalho, conteúdo de água líquida e distribuição da FSSP retomam o padrão

observado antes da penetração na nuvem. Por meio desta análise o trecho do vôo selecionado

é indicado pela seta vermelha nos gráficos (b) e (c), e pelo ponto azul na imagem de satélite.

O mesmo tipo de análise pode ser empregado na Figura 3.2, entretanto, nota-se no gráfico (c)

64

que neste caso o avião fez diversas amostragens de uma mesma nuvem, e por isso deu origem

a um grupo de dados contínuo, abrangendo todo o trecho.

Figura 3.1: Medição única de uma nuvem isolada. (a) Série temporal da temperatura do ar (laranja), do ponto de orvalho (azul claro), conteúdo de água líquida obtido pelo Csiro-King (azul) e pela FSSP (vermelho); (b) Concentração de partículas e gotas e (c) Trajetória realizada pelo avião e imagem de

satélite correspondente (GOES IRCH4).

Muita cautela teve de ser tomada no momento de identificar os trechos dentro de

nuvem, pois as medidas da FSSP realizadas durante a estação seca acusaram presença de

partículas com o avião fora de nuvem, tornando o procedimento de identificação mais

complexo. Apesar dos valores de concentração medidos fora de nuvem terem sido

65

relativamente baixos, inferiores a 1 partícula/cm3 em diâmetros pequenos, menores que 10µm,

estes números poderiam indicar um simples ruído ou mesmo medidas de aerossóis emitidos

pelas queimadas, de forma que não poderiam ser considerados na caracterização.

Figura 3.2: Múltiplas medições de um único sistema. (a) Série temporal da temperatura do ar (laranja), do ponto de orvalho (azul claro), conteúdo de água líquida obtido pelo Csiro-King (azul) e pela FSSP (vermelho); (b) Concentração de partículas e gotas e (c) Trajetória realizada pelo avião e

imagem de satélite correspondente (GOES IRCH4).

A caracterização das nuvens foi fundamentada nas distribuições médias de tamanho

de hidrometeoros por intervalos de temperatura (DTH), construídas de modo a representar sua

estrutura vertical. Para viabilizar esta caracterização foi criada uma seqüência de etapas de

66

classificação com intuito de agrupar as amostragens realizadas em condições semelhantes,

buscando verificar a existência de quaisquer possíveis particularidades em cada grupo

definido.

3.3 Caracterização das Amostragens

A criação do método classificatório, adotado para agrupar as amostragens obtidas em

condições semelhantes, teve como suporte imagens de satélite, as informações registradas

durante os vôos e algumas definições apresentadas por outros pesquisadores, descritas na

bibliografia utilizada. Os critérios aplicados estão na Tabela 3.1.

(a) Separação dos períodos: Chuvoso, Seco e Transição;

(b) Nuvens predominantes na região;

(c) Cobertura vegetal da região amostrada;

(d) Regime de vento dominante;

(e) Registros das condições atmosféricas elaborado pelos pesquisadores a bordo;

(f) Filtro de ruídos: Conteúdo de água líquida;

(g) Número de níveis verticais.

Tabela 3.1: Critérios aplicados para classificação das amostragens.

O critério (a) consistiu em separar as estações do ano em Estação Chuvosa, Seca e de

Transição. As Estações Seca e de Transição de 2002 foram divididas obedecendo as

características observadas por Vestin (2007) onde, quanto mais seca a atmosfera, mais

favorecidas são as práticas de queimadas realizadas pela população local (Tabela 3.2).

Estação Seca: de 11 de Setembro a 08 de Outubro

Estação de Transição: de 09 a 30 de Outubro

Tabela 3.2: Período das Estações Seca e de Transição do ano de 2002.

67

Para identificação das nuvens observadas foram utilizadas as imagens do satélite

GOES08, no canal infravermelho, 10,8µm, no horário mais próximo ao da amostragem.

Através destas imagens foi possível definir o critério (b): condição de nebulosidade na região

próxima ao vôo, Condição de formação convectiva ou estratificada. Pela falta de algumas

seqüências de imagens, como nos dias 30/09, 04/10, 06/10, alguns grupos de amostragens

ficaram sem a etapa de classificação.

O critério (c) compreendeu o mapeamento da cobertura vegetal, obtido pelo satélite

LANDSAT e processado pelo Projeto PRODES/INPE de monitoramento sistemático do

desflorestamento da Amazônia, e foi utilizado para diferenciar as medições realizadas sobre

área desmatada e sobre floresta. As trajetórias dos dias de amostragem foram sobrepostas à

cobertura vegetal, de modo que fosse possível definir o tipo de cobertura predominante sobre

cada trecho. O resultado desta verificação pode ser visto nas Figura 3.3,Figura 3.4 e Figura

3.5, onde cada pixel do mapa corresponde a 1,8km, e são apresentados os principais tipos de

cobertura vegetal: floresta, desmatamento, hidrografia e outras coberturas, como cidades ou

cerrado; e as regiões sobrevoadas em cada dia de tomada de dados.

Figura 3.3: Composição das trajetórias diárias e cobertura vegetal realizadas durante a estação chuvosa.

68

Figura 3.4: Composição das trajetórias diárias e cobertura vegetal realizadas durante a estação seca.

Figura 3.5: Composição das trajetórias diárias e cobertura vegetal realizadas durante a estação de transição.

O critério (d) obedeceu aos regimes de ventos predominantes, do ano de 1999

durante a estação chuvosa, entre 1000 e 800mb, e ao aparecimento da Zona de Convergência

do Atlântico Sul (ZCAS), ambos observados por Rickenbach 2001 (Tabela 3.3).

Regime de Leste: de 19 a 29 de Janeiro e de 08 a 22 de Fevereiro

Regime de Oeste:

Sem formação da ZCAS:

de 29 de Janeiro a 08 de Fevereiro.

Com presença marcante da ZCAS:

de 22 de Fevereiro a 01 de Março.

Tabela 3.3: Regimes da Estação Chuvosa.

69

O critério (e) forneceu mais detalhes a partir das anotações realizadas pelos

pesquisadores a bordo das aeronaves utilizadas nas campanhas. Deste registro, foram

extraídas as informações que permitiram identificar algumas situações relevantes à análise,

como por exemplo, as condições de proximidade a focos de queimadas, nuvens de

tempestade, medições em setores estratiformes, presença de gelo, correntes ascendentes, etc.

O critério (f) foi aplicado com objetivo de eliminar os ruídos obtidos pela FSSP

durante a Estação Seca e de Transição. Para garantir que as medidas utilizadas nas DTH

fizessem parte de amostragens no interior de nuvens, somente foram utilizadas as medidas

(acumulação para 1Hz) onde o conteúdo de água líquida integrado ao longo do espectro da

FSSP fosse maior que 0,01g/m³. As concentrações observadas nos trechos identificados como

fora de nuvem apresentaram valores da ordem de 10-1cm-3 no canal médio de 2,75µm, de

10-2cm-3 nos canais médios entre 4,25 e 7,25µm; e 10-3cm-3 nos canais médios de 8,75 e

10,25µm (Figura 3.1 e Figura 3.2). A integração dessas concentrações equivale a valores de

conteúdo de água líquida muito baixos, entre 10-3 e 10-4g/m³, de forma que um limite inferior

de 0,01g/m³ pode, seguramente, ser aplicado como filtro. Apesar das medidas da Estação

chuvosa não terem exibido o mesmo tipo de ruído, para haver coerência, o filtro também foi

aplicado.

Com o objetivo de caracterizar o perfil vertical dos hidrometeoros, as DTH foram

calculadas para intervalos de pressão, viabilizando a representação da estrutura vertical

interna das nuvens. Como as medições durante as Estações Seca e de Transição não foram

realizadas em altitudes acima do nível de aproximadamente 5000m, o nível médio mais alto

apresentado nas análises foi limitado em 500mb (média da camada entre 480 e 530mb), e o

intervalo de pressão entre cada camada média foi de 50mb. Para este mesmo período, foi

calculado o NCL médio e o valor encontrado para cada amostragem foi utilizado como da

base da nuvem. O uso do filtro do LWC (critério g) seguido da separação das DTH em níveis

70

verticais resultou em algumas amostragens com um único nível médio de pressão. Para

assegurar que a estrutura vertical dos casos pudesse ser analisada, o critério (g) estabeleceu

que fossem utilizadas apenas as amostragens com mais de 3 níveis médios de pressão

adjacentes.

As Tabelas 4.4, 4.5 e 4.6 apresentam o resultado obtido em cada etapa de

classificação e um resumo das informações registradas pelos pesquisadores a bordo do avião.

Os campos onde a cor de fundo é cinza foram excluídos das análises pelo critério (g) e os

campos com cor de fundo branca apresentam, além do resultado dos critérios, a nomenclatura

que foi utilizada para os casos que serão discutidos nas análises.

71

(a) Estação Chuvosa

23/01/1999 24/01/1999 26/01/1999

(b) Situação Convectiva. (c) Região desmatada. (d) Regime de Leste. (e) 20:21-20:34Z:

Medições realizadas em espiral ascendente, em uma pequena célula isolada, com passagem pelo topo da célula. (g) 7 EC01


Descida de 100m seguindo cristais de gelo em queda através do nível de derretimento. (g) 4 EC02


Medições sucessivas de célula. (g) 5 EC03

27/01/1999 29/01/1999 30/01/1999


Medições de uma bigorna de Cb. (g) 1


Medições de uma célula em dissipação. (g) 1

(b) Situação Convectiva. (c) Região desmatada. (d) Regime de Oeste – Sem ZCAS. (e) 20:37-20:54Z:

Medições em região estratiforme de células maduras. Observação de cristais, agregados, gotas e graupel. Observação de garoa sob a base da nuvem. Início de medições em espiral ascendente. (g) 4 EC04

01/02/1999 10/02/1999 12/02/1999

(b) Situação Convectiva. (c) Região desmatada. (d) Regime de Oeste – Sem ZCAS. (e) 18:24-19:55Z:

Bigorna de células múltiplas – observação de gelo. Medições em célula convectiva com observação de graupel. (g) 3 EC05


Medições sucessivas de uma linha de células. (g) 5 (P<480mb)


Medições sucessivas de células. (g) 2

13/02/1999 14/02/1999 17/02/1999


Medições sucessivas de células, observação de colunas, graupel e grandes partículas de gelo. (g) 1


Penetração em nuvem com muito gelo. Medições em célula com eco de 40 dBz. Observação de Pileus e graupel maiores que 1mm. (g) 2

(b) Situação Convectiva. (c) Região desmatada e floresta. (d) Regime de Leste. (e) 18:06-18:34Z:

Linha de células em desenvolvimento. Observação de muitas partículas irregulares maiores que 1mm. (g) 2

Tabela 3.4: Principais informações obtidas através do livro de registros do avião, durante a estação chuvosa, e identificação dos trechos onde as medições foram realizadas sobre floresta ou área

desmatada. Para descrição da classificação, vide Tabela 3.1.

72

20/02/1999 21/02/1999 23/02/1999

(b) Situação Convectiva. (c) Região desmatada. (d) Regime de Leste. (e) 20:00:20:14Z:

Medições realizadas em espiral descendente com observação de partículas de graupel de 400μm, gotas maiores que 1mm e precipitação na fronteira da nuvem. (g) 10 EC06

(b) Situação Convectiva. (c) Região de floresta. (d) Regime de Leste. (e) 19:45-20:49Z:

Início de derretimento observado a -6°C. Presença de cristais de gelo, muitas partículas irregulares, colunas e graupel. (g) 4 EC07

(b) Situação Convectiva. (c) Região desmatada. (d) Regime de Oeste – Com ZCAS. (e1) 19:44-19:59Z:

Linha de nuvens estratiformes. Medições realizadas em rota descendente, com observação de grandes partículas de gelo em 5000m de altitude. (g) 2

(e2) 20:18-21:01Z: Deslocamento para uma linha convectiva - Intensas células alinhadas com eco no radar de 40dBz. Medições em uma nova linha convectiva. Observação de partículas de ≃ 500μm e descargas elétricas próximas. (g) 4 (sendo 2 em P<480mb)

Tabela 3.4: Continuação

73

(a) Estação Seca

23/09/2002 24/09/2002 26/09/2002

(b) Situação Estratiforme. (c) Região desmatada. (e1) 19:07-19:18Z:

Poluição intensa. Fumaça alimentando nuvens convectivas. Ascensão da aeronave pela corrente ascendente. (g) 3 ES01

(b) Situação Convectiva. (c) Região desmatada. (e1) 18:58-19:13Z:

Poluição intensa. Região de nuvens rasas. (g) 1 (b) Situação Convectiva.

(c) Região desmatada. (e) 18:37-19:55Z:

Poluição moderada. Medições realizadas na base da nuvem. (g) 2

(e2) 19:58-20:01Z: Sem poluição. Nuvem de tempestade. Precipitação devido à fase de gelo. Precipitação de granizo. (g) 1

(e2) 19:55-20:33Z: Poluição intensa. Nuvem identificada por eco de radar, Intenso desenvolvimento vertical. Corrente ascendente de 5-10m/s, Corrente Descendente de 8.5m/s . (g) 4 ES02

27/09/2002 28/09/2002 30/09/2002 – 1


Poluição moderada. Medições realizadas na base da nuvem. Registro de precipitação fora da nuvem. (g) 1

(b) Situação Convectiva. (c) Região desmatada. (e) 17:53-19:11Z:

Poluição moderada. Ausência de chuva quente. Encontro com linha de instabilidade. Corrente ascendente de 5m/s. Lenta ampliação do espectro com altitude, insuficiente para produzir chuva quente a 4500m de altitude. Observação de granizo e relâmpagos (vistos com radar 5 flashes/s). Término do vôo em chuva estratiforme. (g) 6 ES03

(b) Situação Estratiforme. (c) Região desmatada. (e1) 15:23-15:44Z:

Sem poluição. Nuvens rasas. (g) 1

(e2) 15:44-15:55Z: Poluição leve. Nuvens rasas. (g) 1

(e3) 16:00-16:10Z: Poluição intensa. Penetração em um pequeno Piro Cumulus. (g) 1

Tabela 3.5: Principais informações obtidas através do livro de registros do avião, durante a estação seca, e identificação dos trechos onde as medições foram realizadas sobre floresta ou área


74

30/09/2002 – 2 04/10/2002 – 1 04/10/2002 – 2


Poluição leve. Base de uma nuvem de tempestade em desenvolvimento. (g) 2

(b) Sem Imagem. (c) Região desmatada. (e) 15:17-16:10Z:

Poluição moderada. Medidas de uma nuvem sem eco no radar e sem precipitação. (g) 5 ES05

(b) Sem Imagem. (e1) 18:18-18:28Z:

(c) Região desmatada. Poluição leve - moderada. (g) 3 ES06

(e2) 18:25-18:44Z: Poluição intensa. Medidas de um pequeno Piro Cumulus, desde o desenvolvimento até a dissipação. (g) 3 ES04

(e2) 18:56-19:31Z: (c) Região desmatada. Poluição intensa. Penetração do mais intenso Piro Cumulus observado na estação. (g) 5 ES07

(e3) 18:46-18:56Z: Poluição moderada. Medidas em nuvens mais desenvolvidas, afastadas do Piro Cumulus. (g) 1

(e4) 19:03-19:57Z: Poluição moderada. Penetrações em células convectivas. (g) 3 (não seqüenciais)

(e5) 20:05-20:32Z: Poluição moderada. Medições descendentes até a base da nuvem. (g) 3 (não seqüenciais)

04/10/2002 – 3 05/10/2002 – 1 05/10/2002 – 2

(b) Sem Imagem (c) Região de floresta. (e) 21:25-22:13Z:

Sem Poluição. Baixa concentração de partículas grandes. Observação de chuva quente. (g) 1

(b) Situação Convectiva. (c) Região de floresta. (e) 16:43-18:04Z:

Sem poluição – dia mais limpo da campanha. Medições de uma nuvem desde a base até 4500m de altitude. Correntes ascendentes moderadas ~ 2,5m/s, com máximo de 5m/s Precipitação observada acima de 3000m. (g) 5 ES08

(b) Situação Convectiva. (c) Região de floresta. (e) 19:57-20:31Z:

Sem poluição – dia mais limpo da campanha. Medições tomadas na mesma região do vôo anterior. Foi observada precipitação na mesma altitude Forte eco no radar. (g) 5 ES09


* Durante a Estação Seca valores de corrente ascendente foram estimadas pela tripulação do ALPA, conforme o Log Book, as informações de relâmpagos eram visuais, e as do radar, transmitidas pela base de operação.

75

06/10/2002 – 1 06/10/2002 – 2 08/10/2002

(b) Situação Estratiforme (e1) 15:27-16:52Z:

(c) Região de floresta. Sem Poluição. Observação de chuva quente e forte corrente ascendente nas regiões mais limpas. (g) 3 (não seqüenciais)

(e2) 17:02-17:09Z: (c) Região desmatada. Início das condições poluídas. (g) 2

(b) Sem Imagem (e1) 18:31-18:32Z:

(c) Região desmatada Penetração de Cb com regiões de chuva. (g) 0

(e2) 18:42-18:57Z: (c) Região desmatada Poluição moderada/ intensa. (g) 1

(e3) 19:05-19:35Z: (c) Região de floresta. Sem Poluição. (g) 1

(b) Situação Convectiva (c) Região desmatada. (e1) 18:56-19:02Z:

Medições em nuvens convectivas. (g) 1

(e4) 19:38-20:35Z: (c) Região desmatada. (g) 3 ES10

(e2) 19:20-20:10Z: (c) Região de floresta. Sem Poluição. (g) 5 ES11


(a) Estação de Transição

09/10/2002 11/10/2002

(b) Situação Convectiva (c) Região desmatada. (e) 18:17-19:12Z:

Convecção ativa com chuva. Correntes ascendentes maiores que 7,5m/s. Primeira observação de chuva quente nos elementos convectivos em crescimento. (g) 5 ET01

(b) Situação Estratiforme (c) Região desmatada. (e) 14:55-15:23Z:

Sem registro de vôo. (g) 4 ET02

12/10/2002 13/10/2002

(b) Situação Convectiva (c) Região desmatada. (e) 17:05-17:21Z:


(b) Situação Convectiva (c) Região de floresta. (e) 19:07-19:23Z:


Tabela 3.7: Principais informações obtidas através do livro de registros do avião, durante a estação de transição, e identificação dos trechos onde as medições foram realizadas sobre floresta ou área


76

4 CARACTERIZAÇÃO DAS NUVENS

4.1 Estação Chuvosa, 1999

Nesta seção são apresentadas as descrições de cada um dos casos resultantes da

metodologia descrita no capítulo anterior. Primeiramente são tratados os perfis verticais de

concentração e LWC de partículas, em seguida são discutidas as distribuições dos

hidrometeoros por nível de pressão, de cada caso individualmente. Cada sub item descreve

uma estação, e ao final de cada um, há uma breve recapitulação dos aspectos mais relevantes

dos casos da respectiva estação.

Figura 4.1: Perfis verticais utilizados para caracterizar a Estação Chuvosa: (a) número total de gotículas medido pela FSSP, (b), (c) e (d) conteúdo de água líquida proveniente dos sensores FSSP,

2DC e 2DP, respectivamente.

A Figura 4.1 apresenta quatro gráficos com perfis verticais, em função da pressão

atmosférica, dos sete casos utilizados para caracterizar a estação chuvosa. O gráfico (a)

500

600

700

800

900

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Pre

ssã

o (m

b)

2DC - LWC(D) [g/m3]

EC 01

EC 02

EC 03

EC 04

EC 05

EC 06

EC 07

500

600

700

800

900

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8

2DP - LWC(D) [g/m3]

EC 01

EC 02

EC 03

EC 04

EC 05

EC 06

EC 07

500

600

700

800

900

0 100 200 300 400

Pre

ssã

o (m

b)

N(D) [cm-3]

EC 01

EC 02

EC 03

EC 04

EC 05

EC 06

EC 07

500

600

700

800

900

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2

fssp - LWC(D) [g/m3]

77

apresenta o número total de gotículas medido pela FSSP, enquanto que os gráficos (b), (c) e

(d) apresentam o conteúdo de água líquida proveniente dos sensores FSSP, 2DC e 2DP,

respectivamente. Todos os casos serão analisados individualmente, porém não seguirão a

ordem cronológica usada para numerá-los, serão ordenados conforme o tipo de trajetória

realizado para a tomada dos dados. A seqüência das análises será: EC01, EC02, EC04, EC06,

onde os vôos foram realizados em rota espiral, seguidos dos casos EC03, EC05 e EC07, onde

as trajetórias não exibiram uma forma definida.

Considerando o conteúdo de água proveniente de gotículas, o caso EC01 foi o que

exibiu as maiores concentrações ao longo de todo perfil vertical, onde 85% do volume de

água foi observado no sensor FSSP. Seguido da amostragem EC01, o caso EC05 apresentou

41% do LWC fornecido por gotículas de até 47µm de diâmetro. Com respeito ao conteúdo de

água líquida proveniente de gotas médias (50 < d < 500µm) e grandes (500 < d < 1000µm), o

caso EC02 exibiu 86% da água líquida em gotas com diâmetro entre 150 e 1000µm. No

espectro das gotas precipitáveis (d > 1000µm), o caso EC06 exibiu 85% do LWC total em

precipitação..

Dentre os casos que compõem a Estação Chuvosa, o caso EC01 (curva roxa, Figura

4.1) apresentou medidas em ambiente convectivo durante o Regime de Ventos de Leste, nos

níveis médios entre 800 (16,7°C) e 500mb (-2,8°C). A distribuição vertical de hidrometeoros

deste vôo apresentou três regiões onde foi observado um aumento seguido de uma diminuição

do número de gotículas, entre 800 e 700mb (10,5°C), primeiro máximo de gotículas, e entre

700 e 600mb (3,9°C), segundo máximo de gotículas, e o terceiro entre 600 e 500mb. Esta

variação do número de gotículas refletiu no LWC obtido pela FSSP, que sofreu o mesmo tipo

de variação ao longo da vertical, porém em diferentes proporções, exibindo a máxima

concentração de gotículas e LWC da Estação Chuvosa (370cm-3 em 750mb, e 1,75g/m³ em

550mb, respectivamente). Entre 750 e 700mb, onde se observou o maior decréscimo da

78

concentração de gotículas, a variação correspondente do LWC não foi tão significativa, uma

redução de ~ 200cm-3 gotículas provocou uma variação de menos de 0,1g/m³ do LWC. Este

tipo de comportamento, provavelmente, foi conseqüência de processos CC entre as gotículas,

pois a coalescência reduz o número de gotículas, mas não afeta o LWC. Entre 700 e 650mb e

entre 600 e 550mb, o efeito contrário foi observado, um pequeno aumento da concentração de

gotículas, 20cm-3, provocou um aumento de mais de 1g/m³ do LWC. Este padrão sugere que

houve uma injeção de gotículas maiores, possivelmente provenientes da quebra de algumas

gotas médias observadas com a OAP-2DC.

Os perfis verticais de LWC obtidos através dos sensores OAP não registraram gotas

no intervalo de pressão entre 800 e 700mb. Apesar do aumento significativo do LWC da

FSSP com a altura, o mesmo não teve reflexo para os diâmetros maiores, OAP-2DC e 2DP.

Somente em 500mb, o volume de gotas médias e grandes atingiu 0,46g/m³. As gotas

precipitáveis (acima de 1000µm) apareceram pela primeira vez em 600mb com 0,011g/m³ e

exibiram seu LWC máximo no topo, em 500mb, de 0,54g/m³. Neste nível, a temperatura

média abaixo de 0°C, indica que as medidas obtidas pela OAP-2DC e 2DP poderiam, na

verdade, ser medidas de gelo, uma vez que este tipo de sensor não distingue água líquida de

gelo. Neste caso, a camada apresentaria uma fase mista, e o processo de Bergeron seria

responsável pela sublimação das gotículas menores, como pode ser observado entre os níveis

de 550 e 500mb no espectro da FSSP.

A Figura 4.2 apresenta as DTH e as distribuições de conteúdo de água líquida por

intervalo de classe de distribuição, para os diversos níveis de pressão do caso EC01. Os

gráficos localizados na parte superior deste painel exibem a concentração dos hidrometeoros

em cada um dos sensores, FSSP, OAP – 2DC e OAP – 2DP, da esquerda para a direita,

respectivamente. Os gráficos exibidos na parte inferior apresentam o conteúdo de água líquida

para cada um dos sensores, respeitando a mesma ordem dos gráficos acima.

79

A DTH obtida pela FSSP mostra que os níveis médios de 800 (laranja) e 750mb

(verde), onde o primeiro máximo de LWC (Figura 4.1) foi observado, foi composto

principalmente por gotículas pequenas com diâmetros entre 12,5 e 17,5µm. O nível mais

baixo (800 a 750mb) apresentou uma menor concentração que o nível imediatamente acima,

sendo os valores máximos de 19 e 43cm-3µm-1 (com diâmetro médio de 17,5 e 12,5µm),

respectivamente, indicando que novas gotículas se formaram durante a ascensão entre estes

níveis. As medidas obtidas próximas à base da nuvem apresentaram uma distribuição bastante

diferente dos níveis acima. Em 700mb (turquesa) a DTH exibiu um comportamento diferente,

aparentando um estágio intermediário entre os níveis de 750 e 650mb (azul claro). O valor

máximo da concentração de gotículas pequenas (12,5µm) foi consideravelmente menor, 12

cm-3µm-1, e as gotículas acima de 22,5µm começaram a aparecer em maior concentração.

Neste nível, apesar da máxima concentração ter sido de gotículas com diâmetro de 12,5µm, o

LWC máximo esteve associado à gotículas com diâmetro de 27,5µm. Este efeito retrata o

início do processo de crescimento por CC conforme a ascensão vertical, uma vez que foi

observada uma redução da concentração de gotículas pequenas, junto à um aumento

significativo das gotículas maiores.

Entre 650 a 550mb (lilás), observou-se um aumento da concentração das gotículas

maiores, com os máximos da concentração e LWC para gotículas com diâmetro de 32,5µm.

Conforme a Figura 4.1, sendo o LWC nestes níveis foi claramente maior que nos níveis

inferiores. Foi possível constatar que durante a transição entre os níveis de 700 a 650mb

houve uma remoção de parte das gotículas pequenas, e o aumento da concentração de

gotículas maiores, criando uma segunda moda para a distribuição. A união de tais efeitos

evidencia a iniciação do processo de crescimento por CC ao longo do deslocamento vertical

das parcelas. Os últimos níveis de pressão apresentados nesta análise, de 650 a 500mb (roxo),

exibiram uma distribuição bimodal bem definida, com centro em 17,5 e 32,5µm. O aumento

80

da eficiência da CC durante a ascensão fica evidente no nível de 500mb, onde conteúdo de

água líquida das gotículas pertencentes à segunda moda foi uma ordem de grandeza maior que

o da primeira moda, 0,63 e 0,05 g/m³, respectivamente. A evolução ao longo da vertical para

uma distribuição com duas modas é conseqüência da CC entre as gotículas, que faz com que a

população entre 17,5 e 32,5µm seja coletada por gotículas maiores e desenvolvam outra moda

de distribuição, com centro num diâmetro maior, neste caso ainda no espectro da FSSP, em

32,5µm. A iniciação do processo de CC entre gotículas, aparentemente pouco provável, foi

causada por uma eficiência de coleta relativamente alta. Considerando que o diâmetro das

gotículas que estariam sendo coletadas era de 22,5µm, o diâmetro das gotículas coletoras para

uma eficiência de coleta de 0,6 seria de 37,5µm (Klett e Davis, 1973), exatamente como foi

observado na distribuição.

As distribuições obtidas pela OAP – 2DC mostram que, com o aumento da altitude, a

concentração e o conteúdo de água das gotas também aumentaram. Este aumento evidencia

que o processo de CC se tornou significativo. Também foi possível verificar que as maiores

gotas, com diâmetro máximo de 1mm, também estiveram nos níveis mais altos, indicando que

no momento da tomada dos dados a corrente ascendente ainda era forte o suficiente para

sustentar essas gotas. (Gunn e Kinzer, 1949, a corrente ascendente para sustentar gotas com

diâmetro de 1mm seria de 4,03m/s). A OAP – 2DP registrou o diâmetro máximo de 1,2mm ,

o menor observado na estação, com o mesmo padrão de distribuição da OAP – 2DC, ou seja,

maiores concentrações em níveis mais altos. Apesar da nuvem praticamente não ter

apresentado gotas de tamanhos precipitáveis nos diversos níveis de pressão, não há como

afirmar se o nível mais alto, 500mb, correspondia ao topo da nuvem. Deste modo, é possível

que houvesse gotas maiores em níveis mais elevados.

81

Figura 4.2: Distribuição de tamanho de gotículas e gotas, e distribuição de conteúdo de água líquida por tamanho, obtidas com os sensores FSSP, 2DC e 2DP em os diversos níveis de pressão para o caso

da Estação chuvosa, caso EC 01, de 23/01/1999 das 20:21 às 20:34Z.

Figura 4.3: Trajetória do vôo correspondente ao caso EC01. À esquerda, Altitude versus Longitude e à direita, Latitude versus Longitude. A linha contínua representa o percurso realizado pelo avião e os

pontos, as coordenadas onde foram tomadas as medidas utilizadas nas distribuições. A estrela representa o início da trajetória.

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

Diâmetro - OAP 2DP [µµµµm]

EC01500 mb550 mb600 mb650 mb700 mb750 mb800 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

Diâmetro - OAP 2DC [µµµµm]

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )Diâmetro - OAP 2DP [µµµµm]

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

Diâmetro - FSSP [µµµµm]

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-61.75 -61.70 -61.65 -61.60

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-10.95

-10.90

-10.85

-10.80

-61.75 -61.70 -61.65 -61.60

Lati

tud

e

Longitude

82

A Figura 4.3 mostra a trajetória do vôo, à esquerda estão as coordenadas de altitude

em função da longitude e à direita estão as coordenadas de latitude em função da longitude,

onde é possível verificar que as medidas foram tomadas em uma ascensão contínua com

trajetória em espiral, permitindo afirmar que as distribuições apresentadas na Figura 4.2

pertenciam à mesma nuvem.

O caso EC02 (Figura 4.1, curva azul escura) apresentou medidas em ambiente

convectivo durante o Regime de Ventos de Leste, entre os níveis médios entre 600 (2,9°C) e

500mb (-2,3°C). O conteúdo de água de gotículas exibiu um perfil crescente com a altitude,

porém com valores relativamente baixos para a estação, sendo que a máxima concentração foi

observada no topo (500mb) com 2,15cm-3, e o LWC deste mesmo nível foi de 0,03g/m³. O

maior volume de água líquida foi registrado pela OAP – 2DC, correspondendo a 86% do

LWC total da nuvem, com perfil vertical crescente com a altitude e valor máximo observado

no topo, de 0,31g/m³. A OAP – 2DP apresentou o máximo LWC em 550mb (1,4°C) de

0,03g/m³.

A Figura 4.4 mostra maior concentração de gotículas (0,11 cm-3µm-1) no nível mais

baixo (600mb), com diâmetro médio em torno de 12,5µm. Nos níveis acima, a máxima

concentração ficou situada na segunda moda da distribuição, em 37,5µm, onde também foram

observados os máximos do LWC, com maior concentração e água líquida localizados no nível

mais alto (500mb). A redução da concentração das gotículas e o aumento do diâmetro médio

da primeira moda durante a ascensão entre os níveis, retrata que as gotículas cresceram por

CC, o que também pode ser visto através de aumento do conteúdo de água líquida entre os

níveis de 600 e 500mb. As DTH das gotas médias e grandes exibiram um decréscimo da

concentração com o aumento do tamanho, sendo as maiores concentrações presentes no topo.

No entanto o LWC destas gotas exibiu tendência de aumento, indicando que havia

crescimento por CC nesta faixa do espectro. As gotas precipitáveis somente foram registradas

83

com diâmetros entre 1,0 e 1,2mm, exceto pelo nível de 550mb (lilás), cuja concentração e

conteúdo de água líquida diminuíram com o aumento do tamanho.O tamanho máximo

registrado das gotas precipitáveis foi de 2,4mm de diâmetro. A Figura 4.5 mostra a trajetória

do vôo realizada em ascensão contínua em espiral, permitindo afirmar que as distribuições do

caso EC02 pertenciam à mesma nuvem.


da Estação chuvosa, caso EC02, de 24/01/1999 das 20:11 às 20:28Z.

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


EC02500 mb

550 mb

600 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


84



O caso EC04 foi medido em ambiente com formação convectiva, durante o Regime

de Ventos de Oeste, sem a presença da ZCAS. O perfil vertical apresentou medidas entre 650

(6,5°C) e 500mb (-2,1°C), como mostra a Figura 4.1 (curva azul clara). O número máximo de

gotículas (11,4cm-3) ocorreu em 550mb (0,1°C) e o conteúdo de água total destas gotículas

variou pouco ao longo da vertical, entre 0,02g/m³ na base, e 0,09g/m³ no ponto de máximo,

em 500mb. Em contrapartida, as medidas de gotas médias, grandes e precipitáveis

apresentaram um valor mais elevado de conteúdo de água líquida. As gotas médias e grandes

tiveram um perfil crescente com a altitude, atingindo 0,71g/m³ em 500mb e as gotas

precipitáveis apresentaram um valor máximo de 1,62g/m³ no mesmo nível, sendo

responsáveis por 71% do LWC total da nuvem.

A Figura 4.6 retrata que a maior concentração de gotículas ocorre com diâmetro

médio de 12,5µm, durante a condensação, porém o maior conteúdo de água de gotículas

esteve localizado em diâmetros maiores que 30µm, correspondendo ao aparecimento da

segunda moda onde o crescimento ocorre por CC. Tanto a concentração quanto o volume de

água das gotículas menores, até 12,5µm, foram maiores no nível de 600mb. As gotículas

500

600

700

800

900

1000

-62.65 -62.60 -62.55 -62.50

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-11.55

-11.50

-11.45

-11.40

-62.65 -62.60 -62.55 -62.50

Lati

tud

e

Longitude

85

maiores que 12,5µm concentraram-se nos níveis mais altos de 550 (lilás) e 500mb (roxo). As

OAP indicaram que tal comportamento se manteve, com a maior quantidade de gotas médias

e grandes nas maiores altitudes, podendo implicar que a fase fria da nuvem estava ativa. A

maior concentração e água líquida de hidrometeoros precipitáveis foi registrada em 500mb, e

seu tamanho máximo atingiu 9,2mm em 600mb. O tamanho máximo observado destes

hidrometeoros permite afirmar que estes não se tratavam de gotas, mas de agregados de gelo.

A Figura 4.7 mostra que a as medidas foram tomadas continuamente em duas regiões distintas

da nuvem.



1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


EC04500 mb

550 mb

600 mb

650 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


86



No caso EC06, a Figura 4.1 (curva verde) mostra que as medidas, pertencentes ao

Regime de Ventos de Leste, tiveram início em 900mb (21,7°C), e foram até 500mb (-7,12°C).

Somente no intervalo entre 550 (3,9°C) e 500mb foi possível verificar uma leve diminuição

tanto da concentração quanto do LWC medido pela FSSP. Neste caso, simultaneamente à

redução do LWC das gotículas, foi observada água líquida em ambos os espectros das OAP-

2DC e 2DP, indicando que, provavelmente, houve uma coleta realizada pelas gotas médias e

grandes. O perfil vertical de água da FSSP mostrou que a maior concentração das gotículas

esteve localizada em níveis elevados, sendo o máximo observado em 550mb. Além disso, está

implícito que houve uma corrente ascendente forte o suficiente para sustentar as gotas com

tamanho correspondente ao intervalo medido pelo sensor 2DC, que também apresentaram a

maior concentração na mesma região das gotículas medidas pela FSSP. Já as gotas maiores,

medidas a partir do 2DP, contribuíram com 71% do conteúdo de água líquida total do caso e

aparentemente foram responsáveis pela coleta das gotículas presentes nas porções mais baixas

da nuvem, pois apresentam o máximo conteúdo de água, de 2,0g/m3, em 750mb, fornecendo

evidências que estavam precipitando.

500

600

700

800

900

1000

-62.41 -62.28 -62.16 -62.03

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-11.48

-11.45

-11.43

-11.41

-11.39

-11.36

-11.34

-11.32

-11.29

-11.27

-11.25

-62.41 -62.28 -62.16 -62.03

Lati

tud

e

Longitude

87

A Figura 4.8 mostra maior concentração de gotículas em 12,5µm, enquanto que o

LWC foi máximo para diâmetros maiores que 32,5µm. A distribuição obtida pela FSSP

apresentou maiores concentrações nas distribuições de níveis mais elevados, podendo ser um

indicativo de fortes correntes ascendentes, uma vez que a concentração máxima de gotículas

(máxima supersaturação) foi observada em níveis mais frios. Além disso, houve duas modas

bem distintas em todos os níveis verticais, sendo a segunda moda uma conseqüência do

processo de CC, pois apesar do diâmetro médio dessas gotículas ser ainda muito pequeno, há

possibilidade de uma boa eficiência de coleta, tal como foi descrito anteriormente no caso

EC01. As gotículas pequenas, até 12,5µm, foram as que apresentaram maior concentração em

todos os níveis de pressão. Em contrapartida, o LWC fornecido por gotículas estas gotículas

pequenas nos níveis acima de 700mb, foi menor que o LWC proveniente de gotículas

maiores, com diâmetros acima de 32,5µm. Gotículas maiores, entre 17,5 e 27,5µm,

apresentaram maior concentração e conteúdo de água no nível intermediário de 600mb; e

gotículas acima de 32,5µm de diâmetro, exibiram a maior concentração e volume em 550mb.

A baixa concentração das gotículas grandes, acima de 30µm, nos níveis mais quentes é um

indicativo de que a maior eficiência do processo de CC ocorreu nos níveis mais elevados da

nuvem.

As distribuições obtidas pela OAP-2DC mostraram que as gotas médias,

inicialmente, se apresentaram mais concentradas nos níveis mais altos, 550 e 500mb. Com seu

crescimento, as concentrações na porção inferior da nuvem começam a aumentar, sendo que

as gotas com diâmetros próximos à 1mm apresentaram maior concentração em níveis mais

baixos, de 700 e 750mb, retratando que havia precipitação e coleta. Com a OAP-2DP foi

possível confirmar a presença de precipitação através da predominância das gotas nos níveis

baixos, tal como foi identificado através da Figura 4.1. Além da evidência dada pela

precipitação, a DTH da OAP–2DP mostra uma elevação da concentração em diversos níveis

88

quando as gotas atingem um diâmetro de 4,0 e 4,8mm, causada provavelmente pela quebra de

gotas maiores (processo de Break Up) ou também por mais CC. O diâmetro máximo

registrado para as gotas precipitáveis foi de 6,8mm. A Figura 4.9 mostra que trajetória

realizada pelo avião foi uma espiral descendente, com tomadas de dados contínuas dentro da

mesma nuvem.



1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


EC06500 mb

550 mb600 mb

650 mb

700 mb750 mb

800 mb

850 mb900 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


89



As medidas do caso EC03 (Regime de Ventos de Leste), como mostra a Figura 4.1

(curva vermelha), se concentraram entre as camadas de 700 (9,7°C) e 500mb (-2,6°C). O

perfil vertical deste caso mostrou uma concentração máxima de gotículas de nuvem no nível

mais alto (0,91g/m³), enquanto que o LWC máximo proveniente dos sensores 2DC e 2DP

esteve no nível abaixo, ou seja em 550mb (-0,5°C), com 0,40 e 0,64g/m³, respectivamente.

No nível de 600mb (2,4°C) a FSSP apresentou um pequeno ponto de máximo, com 0,11g/m³

de água líquida. No nível acima, em 550mb, o processo de CC parecia ativo, pois houve uma

redução da quantidade de gotículas de nuvem e grande parte do conteúdo de água veio de

tamanhos maiores, observado pelo 2DC e 2DP.

A Figura 4.10 ilustra que os níveis de 600 e 500mb apresentaram concentração e

conteúdo de água bem maior que o nível intermediário, entretanto o perfil da distribuição

deste nível esteve bem semelhante aos demais. Apesar das diferenças observadas nas

concentrações ao longo dos níveis, o processo de crescimento por CC estava ativo em todos

eles. Nas distribuições das OAP, foi no nível de 550mb onde estiveram presentes a maior

500

600

700

800

900

1000

-61.65 -61.60 -61.55

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-10.95

-10.94

-10.93

-10.92

-10.91

-10.90

-61.65 -61.60 -61.55

Lati

tud

e

Longitude

90

parte dos hidrometeoros médios, grandes e precipitáveis, com tamanho máximo observado de

7,6mm, correspondendo à hidrometeoros de gelo.

A Figura 4.11 mostra a trajetória realizada pelo avião e os pontos onde foram

tomados os dados utilizados nas DTH. Foi observado que o trecho medido inicialmente não

correspondeu à mesma região medida em trajetória espiral. Na tentativa de restringir a análise

somente a esta segunda região, foi verificado que o número de níveis verticais da DTH seria

de apenas dois, o que causaria a exclusão do caso EC03 das análises como estabelecido pelo

critério (g) da metodologia. Deste modo, a DTH apresentada na Figura 4.10 contém

distribuições de regiões distintas da nuvem, o nível médio de 500mb compreende as medidas

tomadas entre -62.2 e -62.1º de longitude e, os níveis médios de 550 e 600mb, correspondem

às medidas realizadas em espiral entre -61.9 e -61.8º de longitude.

Figura 4.10: Distribuição de tamanho de gotículas e gotas, e distribuição de conteúdo de água líquida por tamanho, obtidas com os sensores FSSP, 2DC e 2DP em os diversos níveis de pressão

para o caso da Estação chuvosa, caso EC03, de 26/01/1999 das 20:32 às 22:12Z.

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


EC03500 mb

550 mb

600 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


91

Figura 4.11: Trajetória do vôo correspondente ao caso EC03. À esquerda, Altitude versus Longitude e à direita, Latitude versus Longitude. A linha contínua representa o percurso realizado pelo avião e

os pontos, as coordenadas onde foram tomadas as medidas utilizadas nas distribuições. A estrela representa o início da trajetória.

A Figura 4.1 mostra que o caso EC05 (curva laranja), com medidas entre 600 (3,2°C)

e 500mb (-2,4°C), apresentou um perfil vertical com concentração e volume de água de

gotículas decrescente com a altitude. As medidas deste caso foram tomadas durante o Regime

de Ventos de Oeste, sem a presença da ZCAS. Apesar do conteúdo de água líquida ter sido

relativamente baixo para os valores da estação, este foi o caso com o segundo maior volume

de água proveniente de gotículas, 41%. As gotas médias exibiram o menor volume de água no

nível intermediário de 550mb (1,4°C) e as gotas precipitáveis só apareceram em 600 e 500mb,

com LWC também decrescendo com a altitude.

A Figura 4.12 mostra que o nível intermediário (550mb) se destacou por apresentar

mais gotículas entre 22,5 e 27,5µm que os outros níveis, porém tanto gotículas menores, em

crescimento por difusão, quanto maiores, no extremo final do espectro da FSSP, em

crescimento por CC, estavam mais concentradas no nível abaixo, em 600mb. O tipo de

distribuição do nível de 550mb retrata um estágio anterior do desenvolvimento da CC que o

observado nos níveis de 600 e 500mb. As gotas médias apresentaram um comportamento

decrescente semelhante nos níveis de 600 e 500mb, enquanto que no nível de 550mb exibiram

500

600

700

800

900

1000

-62.20 -62.10 -62.00 -61.90 -61.80

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-10.95

-10.90

-10.85

-10.80

-10.75

-10.70

-10.65

-62.20 -62.10 -62.00 -61.90 -61.80

Lati

tud

e

Longitude

92

um decréscimo mais acentuado com o aumento do diâmetro. O conteúdo de água líquida dos

níveis de 600 e 500mb exibiu algumas oscilações ao longo do espectro, mas sua tendência foi

praticamente constante. Já no nível de 550mb, o LWC apresentou um decréscimo acentuado

com o aumento do tamanho. Os tamanhos precipitáveis estiveram presentes em maior

concentração e volume no nível mais baixo, além de terem apresentado evidencia de um

provável processo de agregação ou acreção entre gotas e gelo ao atingirem 4mm, sendo que o

diâmetro máximo observado foi de 5,2mm.

A Figura 4.13 mostra que a trajetória realizada para a tomada dos dados do caso

EC05 não seguiu um padrão característico e não manteve a continuidade entre as medidas.

Medidas realizadas com este tipo de trajeto dificultam o processo de caracterização da nuvem

e identificação dos processos microfísicos.



1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


EC05500 mb

550 mb

600 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


93



A Figura 4.1 mostra que o caso EC07 (curva marrom), durante o Regime de Ventos

de Leste, apresentou medidas tomadas entre os níveis médios de 600 (3,2°C) e 500mb (-

5,8°C), e foi o caso que exibiu o maior conteúdo de água líquida proveniente de gotas grandes

e precipitáveis dentre todos os casos da Estação Chuvosa, 85%. O perfil vertical da FSSP

mostrou que a maior quantidade de gotículas foi observada em 550mb (-3,6°C) contribuindo

com apenas 0,12g/m³ do conteúdo de água da nuvem. Já os sensores OAP 2DC e 2DP

mediram altos valores de água líquida, 1,7g/m³ em 500mb e 12,5g/m³ em 550mb,

respectivamente.

Na Figura 4.14 são apresentadas as DTH, onde se observou uma maior concentração

de gotículas pequenas, com diâmetros entre 7,5 e 17,5µm. O LWC sofreu um intenso aumento

por conta das gotículas com diâmetros acima de 22,5µm, mais acentuado nos níveis de 500 e

550mb. A diferença da concentração e LWC entre os níveis de 600 e 550/500mb se manteve

ao longo do espectro das OAP, que mostram que as gotas médias e grandes mantiveram maior

concentração e volume nos níveis mais elevados. As gotas precipitáveis apresentaram a maior

coeficiente angular no nível mais alto, enquanto que na base da nuvem, houve um discreto

500

600

700

800

900

1000

-62.00 -61.80 -61.60 -61.40 -61.20 -61.00

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-11.60

-11.40

-11.20

-11.00

-10.80

-10.60

-10.40

-10.20

-62.00 -61.80 -61.60 -61.40 -61.20 -61.00

Lati

tud

e

Longitude

94

aumento da quantidade e volume dos hidrometeoros com diâmetro em torno de 7mm,

indicando a ocorrência de precipitação. O diâmetro máximo registrado para os hidrometeoros

precipitáveis foi o maior de todas as estações, 12mm. A Figura 4.15 mostra a trajetória do

vôo, aparentemente com medidas tomadas em regiões ligeiramente distintas da nuvem.



1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


EC07500 mb

550 mb

600 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1000 3000 5000 7000 9000 11000

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

150 250 350 450 550 650 750 850 950

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


95



400

500

600

700

800

900

1000

-61.50 -61.40 -61.30 -61.20 -61.10

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-11.20

-11.00

-10.80

-10.60

-10.40

-61.50 -61.40 -61.30 -61.20 -61.10

Lati

tud

e

Longitude

96

4.2 Estação Seca

• Pouco Poluído sobre Região de Floresta

Figura 4.16: Perfis verticais utilizados para caracterizar a Estação Seca: (a) número total de gotículas medido pela FSSP, (b), (c) e (d) conteúdo de água líquida proveniente dos sensores FSSP,

200x e 200y, respectivamente.

Os quatro gráficos da Figura 4.16 apresentam os perfis verticais da concentração

total de gotículas e LWC, dos casos classificados como Pouco Poluído sobre Cobertura de

Floresta (PPF), durante a Estação Seca. O gráfico (a) apresenta o número total de gotículas

medido pela FSSP, já os gráficos (b), (c) e (d) apresentam o conteúdo de água líquida

proveniente dos sensores FSSP, OAP-200x e OAP-200y, respectivamente.

Os casos ES08 e ES09 foram os que apresentaram a maior fração do conteúdo de

água líquida total proveniente de gotas médias grandes e precipitáveis (4 e 6%,

respectivamente) não somente da categoria Pouco Poluído sobre Floresta, mas como de toda a

Estação Seca. Estes dois casos também apresentaram os maiores diâmetros de gotas

precipitáveis observados durante a Estação Seca, 3,8 e 3,2mm, respectivamente.

500

600

700

800

900

0 0.02 0.04 0.06

Pre

ssã

o (m

b)

200x - LWC(D) [g/m3]

ES 08

ES 09

ES 11

500

600

700

800

900

0 200 400 600 800 1000

Pre

ssã

o (m

b)

N(D) [cm-3]

ES 08

ES 09

ES 11

500

600

700

800

900

0 0.5 1 1.5


500

600

700

800

900

0 0.02 0.04 0.06

200y - LWC(D) [g/m3]

ES 08

ES 09

ES 11

97

A nuvem representada na Figura 4.16 pelo caso ES08 (curva vermelha, Figura 4.16)

foi amostrada em situação convectiva sobre área de floresta, sem poluição, entre os níveis de

800 (15,9°C) e 600mb (-0,3°C). Os registros de vôo informaram correntes ascendentes entre

2,5 e 5m/s e precipitação em 3000m (entre 750 e 700mb). A concentração de gotículas

apresentou aumento seguido de diminuição em duas camadas ao longo da vertical, entre 800 e

700mb (8,2°C) e entre 700 e 600mb, que podem ser explicados pela presença da precipitação

informada nos registros de vôo. O conteúdo de água líquida proveniente de gotículas (96%)

aumentou com a altitude até o nível de 650mb (4,0°C), como deveria ocorrer na presença de

correntes ascendentes (Como visto na Equação 1.26), chegando a 1,16g/m³, a partir de onde

começou a decair. O LWC proveniente das gotas médias aumentou continuamente atingindo o

valor máximo da categoria PPF no topo das medições, em 600mb, com ~ 0,05g/m³. Já no caso

das gotas grandes e precipitáveis, o valor máximo observado foi de ~ 0,04g/m³, também no

topo.

A Figura 4.17 mostrou gotículas com maior concentração nas proximidades da base

da nuvem. Observou-se que o crescimento das gotículas com a altura teve uma predominância

do processo de condensação. Em níveis mais altos, acima de 650mb, percebeu-se o

aparecimento de um segundo máximo, 32,5µm, devido à CC, já que existiam gotículas

maiores que 20µm. A distribuição de gotas médias apresentou a segunda moda, de CC, em

170µm, a menos do nível de 600mb. A presença desta segunda moda em todos os níveis

exceto em 600mb é um indicativo que, neste nível, o crescimento por CC teve, realmente,

início quando as gotículas atingiram 32,5µm de diâmetro. As gotas precipitáveis estiveram

mais concentradas no topo e apresentaram evidencias de quebra, como sugerem as oscilações

de concentração observadas no espectro da OAP-200y. O diâmetro máximo registrado foi de

3,8mm, correspondendo ao maior valor observado durante a Estação Seca. O conteúdo de

água proveniente do nível do topo (600mb) exibiu tendência de queda, enquanto que os níveis

98

abaixo apresentaram tendência de aumento. A Figura 4.18 mostra uma trajetória sem forma

definida sendo que as amostragens foram tomadas em um mesmo sistema, como descrito pelo

registro de vôo, apresentado na Tabela 3.5.

Figura 4.17: Distribuição de tamanho de gotas e gotículas, e distribuição de conteúdo de água líquida por tamanho, obtidas com os sensores FSSP, 200x e 200y em os diversos níveis de pressão

para o caso da Estação Seca, caso ES08, de 05/10/2002 das 16:43 às 18:04Z.

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

Diâmetro - OAPy [µµµµm]

ES08600 mb

650 mb

700 mb

750 mb

800 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

Diâmetro - OAPx [µµµµm]

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


99

Figura 4.18: Trajetória do vôo correspondente ao caso ES08. À esquerda, Altitude versus Longitude e à direita, Latitude versus Longitude. A linha contínua representa o percurso realizado pelo avião e os


O caso ES09 (curva azul, Figura 4.16) apresentou medidas tomadas na mesma região

do caso ES08, também com presença de precipitação em 3000m (entre 750 e 700mb). As

medidas foram tomadas entre os níveis de 800 (16,1°C) e 600mb (0,2°C), sendo que seu perfil

mostrou uma nuvem com uma diminuição da concentração com a altitude, algumas gotas

médias e também gotas de chuva na base e topo da amostragem. Tal distribuição vertical de

gotas e gotículas sugere que o processo de crescimento por CC estava ativo na porção

superior da nuvem, onde foi observado o maior conteúdo de água proveniente de gotas de

chuva. Os três sensores, entre os níveis de 750 (13,8°C) a 650mb (3,9°C), exibiram valores

baixos de conteúdo de água líquida, o que poderia ser justificado com os relatos de

precipitação nesta altitude. A precipitação de algumas das gotas de chuva observadas na base

da nuvem, após atingirem tamanho suficiente foram, possivelmente, responsáveis pela coleta

das gotículas na camada intermediária de 700mb (9,7°C). O máximo conteúdo de água foi

obtido pela FSSP em 750mb, 0,67g/m3, como conseqüência da predominância do processo de

difusão de vapor, uma vez que se nota algumas evidências da CC entre ~ 30 a 45µm para os

níveis acima de 750mb. O volume de água registrado pela OAP-200y na porção superior da

500

600

700

800

900

1000

-73.00 -72.80 -72.60 -72.40 -72.20

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-7.70

-7.60

-7.50

-7.40

-7.30

-7.20

-7.10

-7.00

-73.00 -72.80 -72.60 -72.40 -72.20

Lati

tud

e

Longitude

100

nuvem foi o maior do espectro dentre os três casos, com ~ 0,05g/m3, entretanto, muito baixo

se comparado com os valores obtidos durante a Estação Chuvosa, com máximo de 2,0g/m³ no

EC06 e 12,5g/m³ no caso EC07.

Nota-se que a concentração de gotículas, Figura 4.19, sofreu um decaimento com o

aumento de tamanho, as gotículas maiores que 22,75µm apresentaram um decréscimo de

concentração mais acentuado nos níveis médios de 800 a 700mb. As gotículas com diâmetro

de 22,75 apresentaram o maior conteúdo de água líquida observada em 750mb. As

distribuições em 800 e 750mb exibiram um comportamento diferente das distribuições entre

650 e 600mb, pois as gotículas maiores exibiram uma maior concentração. O nível de 700mb

se mostrou intermediário entre as camadas de 800/750 e 650/600mb, pois sua concentração de

gotículas pequenas já teria sido reduzida, como no nível inferior, mas as gotículas grandes (>

27,5µm) não haviam crescido como no nível superior. Este efeito indica que o processo

principal de crescimento é a condensação, porém tendo a CC em diâmetros maiores, pois

houve uma redução do número de gotículas.

As gotas de tamanho médio, acima de 170µm, aparentaram estar relativamente

precipitando, pois a partir deste diâmetro, elas migraram para o nível mais baixo, de 800mb,

sendo que os tamanhos menores estiveram presentes em maior concentração nos níveis mais

altos. As gotas que efetivamente deveriam estar precipitando, acima de 1mm, foram

observadas, em grande maioria, nos níveis altos, sofrendo, aparentemente, os processos de

quebra ou CC. A distribuição de gotas médias, em especial as diversas modas observadas

acima de 170µm, indicam que este hidrometeoro estava coletando as gotículas de nuvem

menores, daí a redução da sua concentração e aumento das gotas médias e grandes. O maior

diâmetro observado na classe de gotas precipitáveis foi de 3,2mm.

101





1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ES09600 mb

650 mb

700 mb

750 mb

800 mb

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )Diâmetro - OAPy [µµµµm]

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-73.20 -73.00 -72.80 -72.60

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-6.80

-6.70

-6.60

-6.50

-6.40

-6.30

-73.20 -73.00 -72.80 -72.60

Lati

tud

e

Longitude

102

O caso ES11 (curva amarela, Figura 4.16) apresentou medidas entre 850 (19,3°C) e

650mb (5,2°C). A concentração total de gotículas foi consideravelmente alto, mais de 864cm-

3 na região da base da nuvem, apresentado algumas oscilações com a altura, sendo o valor

mínimo de 546 cm-3 em 700mb (15,8°C). O perfil vertical deste caso se diferenciou dos

demais, pois esta nuvem apresentou uma grande quantidade de gotículas de nuvem e conteúdo

de água desprezível para diâmetros acima de 50µm. Deste modo, praticamente toda água de

nuvem esteve distribuída em gotículas que cresciam basicamente por difusão de vapor,

indicando talvez o início do desenvolvimento da nuvem, uma vez que a concentração de gotas

médias, 170µm, encontrava-se baixa, o que indicaria o início da CC para um ambiente com

muito CCN. O perfil vertical do conteúdo de água da FSSP mostra que essas gotículas

cresciam continuamente com a altura, até o topo da nuvem, indicando que o processo de CC

não se tornou predominante como nos casos anteriores.

A Figura 4.21 mostra as maiores concentrações de gotículas pequenas da categoria

PPF. O desenvolvimento por difusão também foi bem marcado e a moda de CC

aparentemente ocorreu entre gotas de 37,25µm de diâmetro nos níveis de 850 a 750mb, e em

170µm, como mostra a OAP 200x. O conteúdo de água líquida de gotas médias, grandes e

precipitáveis foi o menor observado na categoria, sendo que as gotas precipitáveis exibiram

uma tendência de aumento do conteúdo de água líquida. A Figura 4.22 exibe a trajetória

realizada durante a tomada dos dados. As amostragens foram realizadas em regiões

ligeiramente distintas, porém muito próximas uma da outra.

103





1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ES11650 mb

700 mb

750 mb

850 mb

850 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-61.85 -61.72 -61.60 -61.48 -61.35

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-10.60

-10.50

-10.40

-10.30

-10.20

-10.10

-10.00

-61.85 -61.72 -61.60 -61.48 -61.35

Lati

tud

e

Longitude

104

• Moderadamente Poluído



Os painéis da Figura 4.23 apresentam o perfil vertical da concentração de gotículas e

o LWC dos 3 sensores, para os três casos identificados como Moderadamente Poluídos

durante a Estação Seca. Dentre os casos, dois deles, ES03 e ES05, exibiram um perfil bastante

semelhante ao longo da vertical.

O caso ES03 (curva azul, Figura 4.23) foi amostrado em situação de formação

convectiva sobre área desmatada, em condições de poluição moderada. Durante a tomada dos

dados observou-se ausência de chuva quente, fortes correntes ascendentes, granizo e intensa

atividade elétrica. As medições foram realizadas entre os níveis de 800 (14,2°C) e 550mb (-

1,3°C). O perfil vertical apontou um decréscimo da concentração em dois trechos, entre 800 e

700mb (8,8°C), também observado no LWC, e entre 650 (3,3°C) e 600mb (-0,1°C),

observado somente na concentração. Na primeira camada com decréscimo da concentração da

500

600

700

800

900

0 500 1000 1500 2000

Pre

ssã

o (m

b)

N(D) [cm-3]

ES 03

ES 05

ES 06

500

600

700

800

900

0 0.5 1 1.5


500

600

700

800

900

0 0.005 0.01 0.015 0.02

Pre

ssã

o (m

b)

200x - LWC(D) [g/cm3]

ES 03

ES 05

ES 06

500

600

700

800

900

0 0.005 0.01 0.015

200y - LWC(D) [g/m3]

ES 03

ES 05

ES 06

105

FSSP, entre 800 e 700mb, o conteúdo de água das gotas médias, grandes e precipitantes

aumentou relativamente, atingindo um ponto de máximo em 750mb (~ 0,011 e ~ 0,0034g/m³

para as OAP200x e 200y, respectivamente), e diminuiu, sendo que o menor volume de água

proveniente das gotas precipitáveis foi observado em 700mb. Entre 700 e 650mb o número de

gotículas aumentou, as gotas médias diminuíram atingindo seu menor conteúdo de água

líquida e o volume de água das gotas precipitáveis voltou a aumentar. Acima de 650mb o

número de gotículas teve uma segunda diminuição, com o mínimo em 600mb, porém seu

conteúdo de água continuou a aumentar, assim como o das gotas medias, grandes e

precipitáveis.

A Figura 4.24 mostra duas camadas distintas de gotículas, como no caso ES09, onde

a porção inferior da nuvem, 800/750mb, apresentou alta concentração de gotículas pequenas e

a porção superior, 650/500mb, maiores concentrações de gotículas com diâmetros a partir de

17,5µm, sendo que o nível de 700mb mostrou baixos valores de concentração ao longo de

todo espectro. A moda de CC mais evidente de todos os níveis de pressão foi observada em

170µm, sendo que as gotas maiores que este diâmetro exibiram tendência de aumento no

conteúdo de água líquida, inclusive nos tamanhos precipitáveis, exceto pelo nível de 500mb,

que não exibiu gotas com este tamanho. Nota-se que no nível de 700mb houve um pequeno

aumento do número de gotículas maiores que 400µm, até 3200µm. O que poderia explicar

parte da diminuição das gotículas, já que poderiam estar sendo coletadas. Além do caso ES08

da categoria Pouco Poluído sobre Floresta, o caso ES03 também apresentou o maior diâmetro

de gota precipitável da Estação Seca, 3,8mm. A Figura 4.25 exibe a trajetória realizada pelo

avião durante a tomada dos dados.

106



Figura 4.25: : Trajetória do vôo correspondente ao caso ES03. À esquerda, Altitude versus Longitude e à direita, Latitude versus Longitude. A linha contínua representa o percurso realizado pelo avião e


1E-11

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1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ES03550 mb600 mb650 mb700 mb750 mb800 mb

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-62.60 -62.40 -62.20 -62.00 -61.80 -61.60

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-12.20

-12.00

-11.80

-11.60

-11.40

-11.20

-11.00

-62.60 -62.40 -62.20 -62.00 -61.80 -61.60

Lati

tud

e

Longitude

107

O caso ES05 (curva vermelha, Figura 4.23) apresentou medidas entre 800 (16,8°C) e

600mb (-0,04°C) realizadas numa nuvem sem precipitação. As gotículas sofreram decréscimo

de concentração entre 800 e 750mb (12,4°C) e começaram a aumentar, em quantidade e

volume, a partir deste nível. Nesta mesma camada, as gotas médias sofreram o processo

inverso, seu conteúdo de água aumentou, chegando a 0,0105g/m³, e o conteúdo de água das

gotas de chuva cresceu continuamente com a altitude. O nível de 700mb apresentou o volume

mínimo de água proveniente das gotas médias e o máximo das gotas de chuva (0,0026g/m³),

enquanto que as gotículas ainda apresentavam tendência de crescimento neste nível, chegando

ao valor máximo em 650mb (4,6°C) com 1,3g/m³.

A Figura 4.26 mostra que na base da nuvem as gotículas recém formadas apareceram

com concentração bem maior que a dos outros níveis, 140 e 60cm-3µm-1, com diâmetro médio

de 5,75µm, em 800 e 750mb, respectivamente. No entanto, o crescimento destas gotículas não

ocorreu neste nível, uma vez que a concentração dos diâmetros acima de 12,5µm diminuiu

consideravelmente. As gotículas cresceram por difusão de vapor conforme sua ascensão

vertical e o processo de CC é aparente em 140µm no nível de 600mb, e em 170µm nos níveis

mais baixos. Somente foram registradas gotas de chuva nos níveis de 800, 700 e 650mb, tal

que seu conteúdo de água líquida apresentou tendência de aumento nos níveis de 800 e

700mb. A Figura 4.27 mostra que somente no início da trajetória foram realizadas medidas na

mesma região da nuvem. No restante, os dados foram tomados numa rota linear.

108





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1E-10

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1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

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500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ES05600 mb

650 mb

700 mb

750 mb

800 mb

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1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-63.50 -63.00 -62.50 -62.00 -61.50

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-10.60

-10.40

-10.20

-10.00

-9.80

-9.60

-9.40

-9.20

-9.00

-8.80

-63.50 -63.00 -62.50 -62.00 -61.50

Lati

tud

e

Longitude

109

O caso ES06 não contou com imagens de satélite para identificação da situação

atmosférica da região. As medidas foram realizadas sobre área desmatada com poluição leve à

moderada, entre os níveis de 800 (15,4°C) e 700mb (11,5°C). O caso é representado pela

curva amarela (Figura 4.23) que indicou um perfil um pouco diferente dos casos ES03 e

ES05, pois em todos os sensores, FSSP, OAP200x e OAP200y, houve um aumento constante

do conteúdo de água com a altitude.

Apesar da pouca amostragem, observa-se o mesmo comportamento dos demais vôos

desta categoria, ou seja, processo de crescimento por condensação ativo para gotículas

pequenas e a CC em torno de 170µm.



1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ES06700 mb

750 mb

800 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


110

Figura 4.29: : Trajetória do vôo correspondente ao caso ES06. À esquerda, Altitude versus Longitude e à direita, Latitude versus Longitude. A linha contínua representa o percurso realizado pelo avião e


• Intensamente Poluído



500

600

700

800

900

1000

-65.40 -65.20 -65.00 -64.80 -64.60

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-9.00

-8.95

-8.90

-8.85

-8.80

-65.40 -65.20 -65.00 -64.80 -64.60

Lati

tud

e

Longitude

500

600

700

800

900

0 500 1000 1500 2000

Pre

ssã

o (m

b)

N(D) [cm-3]

ES 01

ES 02

ES 04

ES 07

ES 10

500

600

700

800

900

0 0.5 1 1.5 2


500

600

700

800

900

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

Pre

ssã

o (m

b)

200x - LWC(D) [g/m3]

ES 01

ES 02

ES 04

ES 07

ES 10

500

600

700

800

900

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

200y - LWC(D) [g/m3]

ES 01

ES 02

ES 04

ES 07

ES 10

111

A Figura 4.30 apresenta o perfil vertical dos hidrometeoros, como na Figura 4.16,

para os cinco casos identificados como Intensamente Poluídos, que foram observados durante

a Estação Seca. A complexidade da situação atmosférica desta categoria fica bastante

evidente. Os perfis verticais que mais se assemelham, tanto para FSSP quanto para OAP-

200x, são dos casos ES01 (curva roxa) e ES07 (curva amarela), e os casos ES02 (curva azul) e

ES10 (curva verde). No caso da OAP-200y não foi possível identificar nenhuma semelhança

entre quaisquer dos casos.

O caso ES01 (curva roxa, Figura 4.30) apresentou medidas entre 800 (16,7°C) e

700mb (9,1°C) com relatos de fumaça alimentando nuvens convectivas. Este caso apresentou

grande quantidade de gotículas na base da nuvem (1477,7 cm-3) e conforme o aumento da

altitude sofreu uma acentuada diminuição dessa concentração (556,0cm-3), chegando ao

mínimo em 750mb (10,3°C), sendo que depois deste ponto voltou a aumentar (1382,5cm-3). O

conteúdo de água líquida da FSSP seguiu este mesmo comportamento, com 0,75g/m³ na base

e 1,0g/m³ no topo. O LWC registrado pela OAP-200x também exibiu uma diminuição seguida

de aumento com 0,0029 g/m³ na base e 0,0094g/m³ no topo.

A Figura 4.31 mostra uma DTH com alta concentração de gotículas pequenas

(180cm-3µm-1 em 8,75µm) sendo que as gotículas com diâmetro acima de 17,75µm estiveram

mais concentradas em níveis mais altos. Os processos de CC puderam ser identificados a

partir 29,75µm e novamente em 170µm. Entre as gotas médias houve uma tendência de

aumento do LWC, e nada pôde ser constatado para as gotas grandes e precipitáveis. A Figura

4.32 mostra que a caracterização foi feita em uma única região da nuvem, em ascensão

vertical.

112





1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ES01700 mb

750 mb

800 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-62.35 -62.30 -62.25 -62.20 -62.15

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-11.00

-10.95

-10.90

-10.85

-62.35 -62.30 -62.25 -62.20 -62.15

Lati

tud

e

Longitude

113

O caso ES02 (curva azul, Figura 4.30) constituiu uma nuvem com forte eco no radar,

intenso desenvolvimento vertical e fortes correntes ascendentes, entre 5 e 10m/s, e

descendentes, 8,5m/s, conforme registrado no livro do vôo. As medidas foram tomadas entre

850 (18,5°C) e 700mb (8,9°C) e o perfil vertical das gotículas apresentou um contínuo

aumento com a altitude, assim como o LWC correspondente. O valor de máxima

concentração de gotículas foi observado em 700mb, 1265,7cm-3, e o conteúdo de água líquida

destas gotículas foi de 1,3g/m³. O LWC das gotas médias também foi crescente com a

altitude, com máximo de 0,0086g/m³. Somente as gotas grandes e precipitáveis apresentaram

sua maior concentração na base da nuvem, com 0,0036g/m³.

A Figura 4.33 mostra que a concentração inicial de gotículas foi alta, entretanto, não

foi na base da nuvem onde se observou o maior valor. Este, ocorreu em 750mb, com 100cm-

3µm-1 em 4,25µm. As gotículas com diâmetro de 8,75µm ou mais mantiveram a maior

concentração sempre no topo da nuvem, em 700mb, assim com as gotas médias no espectro

da OAP-200x. A moda de CC teve início nos níveis mais baixos, com 25,25µm na base e

35,75µm no topo. Uma outra moda também foi observada no espectro da OAP-200x em

170µm. Em situações onde há intensas correntes ascendentes, ocorre também um aumento da

supersaturação e portanto, os aerossóis menores podem ser ativados, tal como é visível nos

gráficos. As gotas grandes e precipitáveis apresentaram tendência de aumento do LWC com

aumento do tamanho, chegando a 3,2mm de tamanho em 800mb. A Figura 4.34 exibe uma

trajetória descendente com uma rota bastante complexa.

114





1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ES02700 mb

750 mb

800 mb

850 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-62.10 -62.05 -62.00 -61.95 -61.90 -61.85

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-10.40

-10.30

-10.20

-10.10

-62.10 -62.05 -62.00 -61.95 -61.90 -61.85

Lati

tud

e

Longitude

115

O caso ES04 (curva vermelha, Figura 4.30) exibiu a medidas de um pequeno Piro

Cumulus, tomadas entre os níveis de 750 (13,0°C) a 650mb (3,6°C). A concentração de

gotículas decresceu com a altitude enquanto que o conteúdo de água líquida exibiu um

máximo em 700mb (10,4°C) de 0,96g/m³. O LWC de gotas médias também apresentou seu

valor máximo neste mesmo nível, 0,0055g/m³ e as gotas grandes e precipitáveis somente

foram registradas nos níveis de 750 e 700mb, constituindo um perfil decrescente com a altura.

A Figura 4.35 mostra que as menores gotículas (até 11,75µm) apresentaram maior

concentração na base da nuvem, sendo o valor máximo de 160cm-3µm-1 de gotículas com

diâmetro médio de 8,75 e 10,25µm. As gotículas maiores apresentaram maior concentração

no nível acima, de 700mb, sendo que o topo (650mb) foi o nível com as menores

concentrações ao longo do espectro. Os processos de CC começaram a ocorrer com gotículas

de 34,25µm na base da nuvem, mas também estiveram presentes no canal de 170µm no

espectro da OAP-200x. As gotas médias exibiram tendência de aumento no conteúdo de água

líquida, assim como as gotas grandes e precipitáveis, cujo tamanho máximo identificado foi

de 1,9mm.

116

Figura 4.35 : Distribuição de tamanho de gotas e gotículas, e distribuição de conteúdo de água líquida por tamanho, obtidas com os sensores FSSP, 200x e 200y em os diversos níveis de pressão




1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ES04650 mb

700 mb

750 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-60.25 -60.20 -60.15 -60.10 -60.05

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-14.25

-14.20

-14.15

-14.10

-14.05

-14.00

-60.25 -60.20 -60.15 -60.10 -60.05

Lati

tud

e

Longitude

117

A nuvem correspondente ao caso ES07 (curva amarela, Figura 4.30) constituiu o

mais intenso Piro-Cumulus observado na Estação Seca. Suas medidas foram tomadas entre os

níveis de 800 (14,3°C) e 600mb (-0,8°C). O perfil vertical proveniente da FSSP exibiu grande

quantidade de gotículas na base da nuvem (1358,1cm-3) e conforme o aumento da altitude

houve uma acentuada diminuição dessa concentração, para 611,3cm-3 em 700mb (9,6°C).

Entretanto, como no caso ES01, a concentração voltou a aumentar para 1400,0 cm-3 em

600mb. O conteúdo de água líquida da FSSP seguiu este mesmo comportamento, com

0,85g/m³ na base e 1,45g/m³ no topo. O LWC registrado pelas OAP-200x e 200y também

exibiu uma diminuição seguida de aumento sendo que na base, estes valores foram de ~ 0,009

e 0.005g/m³, e no topo, ~ 0,008 e 0,008g/m³, respectivamente.

A Figura 4.37 exibe uma distribuição muito semelhante ao caso ES01, com as

maiores concentrações de gotículas pequenas na base, e as gotículas maiores, acima de

17,75µm, começam a aparecer com maior concentração nos níveis mais frios. O crescimento

por CC pôde ser identificado em 37,25µm e novamente em 110µm. As gotas médias

estiveram mais concentradas na base da nuvem e as gotas grandes e precipitáveis foram vistas

em níveis mais elevados. Em ambos os casos a tendência das gotas médias, grandes e

precipitáveis foi de aumento. A Figura 4.38 representa a trajetória realizada pelo avião

durante a tomada dos dados. Nota-se que não foi realizada uma amostragem regular de uma

mesma região, o que poderia justificar a considerável diminuição de concentração e LWC das

gotículas entre 7,25 e 17,75µm, no nível de 700mb.

118





1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ES07600 mb

650 mb

700 mb

750 mb

800 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-68.00 -67.50 -67.00 -66.50

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-9.75

-9.70

-9.65

-9.60

-9.55

-9.50

-9.45

-68.00 -67.50 -67.00 -66.50

Lati

tud

e

Longitude

119

O caso ES10 (curva verde, Figura 4.30) apresentou um perfil semelhante ao caso

ES02, no entanto não houve descrição do vôo para que a situação de ambas as amostragem

pudessem ser comparadas com mais detalhes. As medidas foram realizadas entre os níveis de

800 (15,6°C) e 700mb (10,4°C). A concentração de gotículas e seu conteúdo de água líquida

cresceram com a altitude, atingindo o valor máximo no topo, de 1375,5cm-3 e 1,0g/m³,

respectivamente. O mesmo comportamento também foi observado pelos sensores OAP-200x

e 200y, cujos valores no topo da nuvem reportaram 0,0051g/m³ em ambos.

A Figura 4.39 mostra a maior concentração (160cm-3µm-1) de gotículas pequenas (até

7,25µm) na base da nuvem. Com seu crescimento, a concentração passa a ser maior no topo,

provavelmente pela ação de fortes correntes ascendentes. Somente quando as gotas são

grandes, acima de 500µm, é que a maior concentração volta a ser vista na base da nuvem. A

moda de CC é vista inicialmente entre gotículas de 23,75µm em 800mb, de forma que o

diâmetro da moda aumentou com a altitude, passando para 28,25µm em 750mb e 34,25µm em

700mb. Neste mesmo nível, houve também uma moda de CC bem marcada em 170µm. O

conteúdo de água líquida de gotas médias, grandes e precipitáveis tendeu a aumentar com o

crescimento das gotas, e o máximo diâmetro registrado pela OAP-200y foi de 2,9mm.

120

Figura 4.39 : Distribuição de tamanho de gotas e gotículas, e distribuição de conteúdo de água líquida por tamanho, obtidas com os sensores FSSP, 200x e 200y em os diversos níveis de pressão




1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ES10700 mb

750 mb

800 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-65.00 -64.00 -63.00 -62.00 -61.00

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-11.10

-10.80

-10.50

-10.20

-9.90

-9.60

-9.30

-9.00

-65.00 -64.00 -63.00 -62.00 -61.00

Lati

tud

e

Longitude

121

4.3 Estação de Transição

Figura 4.41: Perfis verticais utilizados para caracterizar a Estação de Transição: (a) número total de gotículas medido pela FSSP, (b), (c) e (d) conteúdo de água líquida proveniente dos sensores FSSP,


A Figura 4.41 apresenta a distribuição vertical dos contadores de hidrometeoros,

como na Figura 4.16, para os quatro casos observados durante a Estação de Transição. Os

perfis verticais obtidos com a FSSP e OAP-200x estiveram razoavelmente semelhantes,

entretanto, o perfil de gotas grandes e precipitáveis não possibilita qualquer afirmação sobre

semelhança.

O caso ET01 (curva azul, Figura 4.41) contou com medidas tomadas em nuvem com

convecção ativa, precipitação e fortes correntes ascendentes (7,5m/s), segundo o registro do

vôo. Essas medidas foram realizadas entre os níveis de 850 (18,2°C) e 650mb (4,4°C). O

perfil de gotículas exibiu um decréscimo da concentração entre 850mb e 800mb (16,2°C),

onde o valor máximo (1201cm-3) foi observado,. O nível imediatamente acima, entre 800 e

750mb (12,6°C) apresentou um trecho com aumento da concentração, atingindo 960cm-3 e

500

600

700

800

900

0 500 1000 1500

Pre

ssã

o (m

b)

N(D) [cm-3]

ET 01

ET 02

ET 03

ET 04

500

600

700

800

900

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Pre

ssã

o (m

b)

200x - LWC(D) [g/m3]

ET 01

ET 02

ET 03

ET 04

500

600

700

800

900

0 0.005 0.01 0.015 0.02

200y - LWC(D) [g/m3]

ET 01

ET 02

ET 03

ET 04

500

600

700

800

900

0 0.5 1 1.5


122

logo acima de 750mb houve uma diminuição contínua. Apesar do comportamento oscilatório

da concentração de gotículas, o LWC correspondente apresentou um aumento contínuo com a

altura, chegando ao máximo no topo da nuvem com 1,20g/m³, o que indica que houve

ativação da CC. No caso do LWC fornecido por gotas médias, também houve aumento com a

altitude, de forma que o valor máximo foi observado uma camada antes do topo, em 700mb,

com 0,027g/m³. O conteúdo de água das gotas grandes e precipitáveis sofreu oscilações ao

longo da vertical, apresentando dois trechos com pontos de máximo, em 800mb com

0,0039g/m³, e em 700mb com 0,0074g/m³.

A Figura 4.42 mostrou grande concentração de gotículas pequenas na base da

nuvem, com máximo em 5,75µm, de 170cm-3µm-1. Conforme o crescimento das gotículas, as

maiores concentrações começaram a aparecer em níveis mais altos, como seria esperado para

gotículas que se desenvolvem na corrente ascendente. Uma moda de CC muito sutil pode ser

vista na base da nuvem (850mb) em 31,25µm e também em 38,75µm no nível de 750mb. A

presença desta moda poderia explicar a diminuição da concentração de gotículas (Figura 4.41)

e aumento do LWC. As gotas médias exibiram uma moda de crescimento por CC em 199µm

sendo que o LWC proveniente das mesmas indicou uma leve tendência de aumento. Esta

tendência ficou mais acentuada dentre as gotas grandes e precipitáveis, que estiveram

presentes nos níveis de 800 à 700mb, com diâmetro máximo observado de 3,8mm.

123


para o caso da Estação Seca, caso ET01, de 09/10/2002 das 18:17 às 19:12Z.

Figura 4.43: Trajetória do vôo correspondente ao caso ET01. À esquerda, Altitude versus Longitude e à direita, Latitude versus Longitude. A linha contínua representa o percurso realizado pelo avião e os


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1E-10

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1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ET01650 mb

700 mb

750 mb

800 mb

850 mb

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-62.35 -62.25 -62.15 -62.05 -61.95

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-11.80

-11.60

-11.40

-11.20

-11.00

-10.80

-10.60

-62.35 -62.25 -62.15 -62.05 -61.95

Lati

tud

e

Longitude

124

O caso ET02 (curva verde, Figura 4.41) apresentou medidas entre os níveis de 900

(21,8°C) e 750mb (13,1°C). O perfil vertical de gotículas inicialmente aumentou, entre os

níveis de 900 e 850mb (18,4°C), chegando ao máximo de 1204cm-3, e em seguida diminuiu

continuamente com a altura. O LWC fornecido pelas gotículas sofreu oscilações com a

altitude, tal que apresentou dois trechos com aumento dos valores, entre 900 e 850mb e entre

800 (16,7°C) e 750mb, sendo o máximo observado neste ultimo nível, de 0,36g/m³. A fase

entre o aumento e diminuição da concentração e do LWC de gotículas indica que não houve

uma ativação da CC. As gotas médias sofreram o mesmo padrão de oscilação vertical, nos

mesmos níveis, sendo que o máximo LWC ocorreu em 850mb, valendo ~ 0,007g/m³. As gotas

precipitáveis apresentaram registro apenas nos níveis de 850 e 750mb, com máximo de ~

0,002g/m³ no nível mais alto.

A Figura 4.44 apresenta uma alta concentração de gotículas nos níveis de 900 e

850mb, com valor máximo de 160cm-3µm-1 em 5,75µm (850mb). As gotículas maiores que

11,75µm, entretanto já apareceram mais concentradas no topo, e mantiveram essa

configuração por praticamente todo o espectro de gotas médias, grandes e precipitáveis. O

crescimento por CC foi identificado na base, entre gotículas de 25,25µm, e nos níveis mais

elevados, entre gotículas de 29,75µm, e também em 170µm nos diversos níveis de pressão,

exceto no da base da nuvem. O LWC de gotas médias, grandes e precipitáveis apresentou

tendências de aumento, sendo que o diâmetro máximo observado das gotas precipitáveis foi

de 1,7mm. A Figura 4.45 mostra a trajetória da amostragens, onde as medições foram

tomadas em duas regiões distintas da nuvem.

125





1E-11

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1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ET02750 mb

800 mb

850 mb

900 mb

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1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-62.40 -62.20 -62.00 -61.80

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-10.60

-10.55

-10.50

-10.45

-10.40

-10.35

-10.30

-62.40 -62.20 -62.00 -61.80

Lati

tud

e

Longitude

126

O caso ET03 (curva vermelha, Figura 4.41) apresentou medidas desde o nível de 850

(20,4°C) até 700mb (9,0°C). O perfil da concentração de gotículas seguiu o mesmo padrão de

comportamento observado no caso ET01, com diminuição da concentração, seguida de

aumento e novamente diminuição, no sentido da base em direção ao topo, nos mesmos níveis

do caso ET01. A máxima concentração de gotículas foi identificada em 750mb (12,6°C) com

1027,8cm-3 e o LWC destas gotículas cresceu atingindo o valor máximo em 750mb, de

1,19g/m³, e então diminuiu. Exatamente o mesmo comportamento foi identificado para as

gotas médias, sendo o máximo LWC, observado também em 750mb, de ~ 0,04g/m³. As gotas

grandes e precipitáveis foram registradas nos níveis de 750 e 700mb, decrescendo com a

altitude, com LWC máximo de ~ 0,002g/m³.

A Figura 4.46 mostra alta concentração de gotículas no inicio de seu crescimento,

predominantemente na base da nuvem, com 130cm-3 em 5,75µm. No nível de 750mb, as

gotículas maiores que 10,25µm apresentaram uma concentração mais alta, que poderia ter

sido provocada pelo surgimento de gotículas novas, uma vez que não houve aumento do

LWC durante a ascensão entre 800 e 750mb. A distribuição mostrou que a condensação foi

bem mais eficiente nos níveis mais frios e os processos de CC exibiram sinais de inicio em

26,75µm na base, e em 41,75µm no topo da nuvem. A distribuição de gotas médias

apresentou sua moda de CC entre 170 e 199µm, sendo as maiores concentrações ainda

observadas no topo da nuvem e o LWC exibiu tendência de aumento com o aumento do

diâmetro. Gotas grandes e precipitáveis foram vistas somente nos dois níveis superiores (750

e 700mb), tendendo a aumentar com o tamanho, sendo que o valor máximo registrado chegou

a 2,0mm. A Figura 4.47 exibiu a trajetória do avião, caracterizando a mesma região da nuvem

em ascensão vertical.

127





1E-11

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1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

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500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ET03700 mb

750 mb

800 mb

850 mb

1E-11

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1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-62.00 -61.95 -61.90 -61.85

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-10.75

-10.70

-10.65

-10.60

-10.55

-62.00 -61.95 -61.90 -61.85

Lati

tud

e

Longitude

128

O caso ET04 (curva amarela, Figura 4.41) apresentou medidas em apenas três níveis

médios de pressão, entre 850 (19,8°C) e 750mb (12,5°C).. Dentre os casos da Estação de

Transição, este foi o que apresentou a menor fração de LWC proveniente de gotículas, 96%.

O perfil vertical de gotículas foi crescente entre 850 e 800mb (17,9°C), tal que o LWC

máximo observado foi de 0,88g/m³. O perfil de gotas médias, grandes e precipitáveis também

foi crescente com a altitude, apesar de terem registrado hidrometeoros apenas nos níveis de

800 e 750mb. Em ambos os casos o valor máximo foi observado no topo, sendo ~ 0,012 e

0,016g/m³, nos sensores OAP-200x e 200y, respectivamente.

A distribuição de gotículas, exibida na Figura 4.48, apresentou os maiores valores de

concentração inicial, dentre todas as estações, na base da nuvem, com 190cm-3µm-1 em

2,75µm. Nota-se que gotas médias, grandes e precipitáveis não foram observadas no nível de

850mb, portanto, pode-se assumir que a concentração de gotículas medidas se refere à

hidrometeoros recém ativados. No entanto, o desenvolvimento do processo de crescimento

por condensação foi, aparentemente, mais eficiente nos níveis mais elevados. O crescimento

por CC mostrou sinais de atividade entre gotículas de 32,75µm e novamente no espectro de

gotas médias, entre 170 e 199µm. O LWC obtido pelos sensores OAP-200x e 200y exibiu

tendência de aumento com o tamanho, tal que as maiores concentrações de ambas as

distribuições foram retratadas no topo da nuvem, e o máximo diâmetro de gota registrado foi

o maior dentre todas as estações, de 4,4mm. A Figura 4.49 exibe a trajetória da amostragem

tomada em uma região específica da nuvem realizada em ascensão vertical.

129





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500 1400 2300 3200 4100

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


ET04750 mb

800 mb

850 mb

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1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

50 110 170 230 290 350 410 470

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

500 1400 2300 3200 4100

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m


1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

50 110 170 230 290 350 410 470

Ág

ua

Co

nd

ensa

da

(g/m

3 )


1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)


1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

3 )


500

600

700

800

900

1000

-61.95 -61.85 -61.75 -61.65

Pre

ssão

[m

]

Longitude

-9.85

-9.80

-9.75

-9.70

-9.65

-61.95 -61.85 -61.75 -61.65

Lati

tud

e

Longitude

130

5 DIFERENÇAS MICROFÍSICAS

5.1 Estação Chuvosa × Estação Seca × Estação de Transição

Neste capítulo são apresentados os resultados representativos de cada estação, de

forma que as mesmas possam ser comparadas entre si. Para cada estação, há uma distribuição

média de gotículas e gotas e uma distribuição média de LWC por tamanho, para camadas

representando os níveis de 900-800, 800-700, 700-600 e 600-500mb (Figura 5.1 à Figura 5.6).

Além das distribuições de gotas e LWC, são apresentados dois histogramas de freqüência,

para cada estação, com as ocorrências de LWC e ocorrências de D0, que representa o diâmetro

médio onde se encontra 50% do conteúdo de água líquida (Figura 5.7 à Figura 5.9).

Finalmente, a Figura 5.10 mostra o perfil vertical do D0 para cada estação.

• Concentrações de Hidrometeoros

As diferenças observadas entre as distribuições de gotículas da Estação Chuvosa

versus a Estação Seca e de Transição foram extremamente marcantes (Figura 5.1 à Figura

5.3). A concentração de gotículas pequenas, no início do espectro da FSSP, foi

consideravelmente menor durante a Estação Chuvosa. No auge da atividade do processo de

crescimento por condensação, a Estação Chuvosa apresentou uma concentração que variou

entre 12cm-3µm-1, na camada de 800-700mb, e 0,98cm-3

µm-1, na camada de 900-800mb,

ambos em 12,5µm. Já a Estação Seca, apresentou uma variação da concentração da moda de

condensação de 94cm-3µm-1, na camada de 800-700mb, a 43cm-3

µm-1, na camada de 600-

500mb, ambas em 5,75µm. Para a Estação de Transição, esta variação ficou entre 130 cm-

3µm-1, na camada de 900-800mb, e 49 cm-3

µm-1, na camada de 700-600mb, ambas em

5,75µm. As Estações Seca e de Transição apresentaram a maior concentração da moda de

condensação no nível mais baixo da nuvem, em 900-800mb, enquanto que na Estação

131

Chuvosa, as maiores concentrações foram observadas no nível acima, em 800-700mb.

Portanto, pode-se atribuir esse relativo aumento ao excesso de pequenos aerossóis durante as

Estações Seca e de Transição.

A moda de condensação também foi diferente entre as estações: Seca e de Transição

com 5,75µm enquanto que a Chuvosa tinha 12,5µm. Este resultado indica que o processo de

crescimento por condensação foi mais eficiente na Estação Chuvosa do que nas outras

estações. Esta maior eficiência poderia ser causada tanto pelo excesso de vapor, distribuído

em uma quantidade menor de CCN, quanto por uma maior fração de CCN grandes que ficam

disponíveis nesta estação. Desta maneira poderia haver uma menor competição dos aerossóis

grandes com os aerossóis pequenos provenientes de queimadas.

O processo de crescimento por CC se mostrou bem mais eficiente na Estação

Chuvosa através de uma moda bem definida em 32,5µm, onde a concentração máxima de

gotículas foi de 1,5 cm-3µm-1 na camada de 600-500mb. Nota-se ainda que as concentrações

nas duas modas (condensação e CC) não foram significativamente diferentes. Por outro lado,

as Estações Seca e de Transição, apresentaram indícios de uma moda de crescimento por CC

em torno de 30µm. No entanto, o desenvolvimento deste processo foi mais evidente em torno

de 170µm.

Além das diferenças de tamanho, as concentrações também foram distintas entre as

estações. Na Estação Chuvosa a concentração máxima da moda de CC, observada em

32,5µm, foi de 1,5 cm-3µm-1, enquanto que o máximo observado dentre os níveis dos casos da

Estação Seca e de Transição, tanto em 30µm quanto em 170µm, foram inferiores. Na moda

em torno de 30µm obteve-se uma concentração máxima de 0,7cm-3µm-1 na camada 600-

500mb para a Estação Seca enquanto que na Estação de Transição foi de 0,1cm-3µm-1 na

camada 700-600mb. Na moda de 170µm entre 600-500mb a concentração foi de 2,6×10-5cm-

3µm-1 na Estação Seca e entre 700-600mb 2,3×10-5cm-3

µm-1 na Estação de Transição.

132

O desenvolvimento das gotas entre 50 e 500µm se aproximou de uma função

exponencial nas três estações, porém as concentrações da Estação Chuvosa ficaram entre uma

e duas ordens de grandeza acima das outras estações. As distribuições das Estações Seca e de

Transição foram bem mais semelhantes entre si, no entanto, a partir da moda de CC situada

em 170µm, a Estação de Transição exibiu concentrações ligeiramente maiores.

As distribuições das gotas grandes e precipitáveis apresentaram uma forma

exponencial muito semelhante em todas as estações, porém, divergiram nas concentrações.

Além das maiores concentrações observadas na Estação Chuvosa, chegando a duas ordens de

grandeza, o tamanho máximo dos hidrometeoros observados também foi considerável. Os

hidrometeoros precipitáveis da Estação Chuvosa atingiram diâmetros de 12mm, enquanto que

os da Estação de Transição atingiram 4,4mm e os da Estação Seca, 3,8mm. Tais

hidrometeoros, especialmente da Estação Chuvosa, muito provavelmente seriam partículas

congeladas, uma vez que gotas de chuva se quebram a partir de 5-6mm. Deste modo, o

tamanho máximo dos hidrometeoros permite inferir sobre a fase fria das nuvens e também

sobre a produção de precipitação, pois parte da chuva é produzida pelo derretimento de

cristais e agregados de gelo. A falta de evidência de gelo durante a Estação Seca sugere que a

fase fria destas nuvens não foi bem desenvolvida e como conseqüência ocorreu uma supressão

dos hidrometeoros grandes. Por outro lado, não se pode afirmar categoricamente as

conclusões sobre a fase fria, pois o avião ALPA não realizou medidas acima da isoterma de -

10°C.

• LWC

O desenvolvimento das gotículas ao longo da vertical foi muito semelhante entre as

Estações Seca e de Transição, a base da nuvem (900-800mb) apresentou alto LWC de

gotículas pequenas (Figura 5.4 à Figura 5.6), menores que 8,75µm, e conforme essas gotículas

133

ascenderam pela nuvem, elas cresceram, e o LWC gradualmente passou a ser maior nos níveis

mais altos. Na Estação Chuvosa a concentração máxima de LWC em baixos níveis (abaixo de

700mb) encontrou-se entre os diâmetros de 12,5 e 17,5µm e em níveis mais altos, entre 30 e

35µm. Estas diferenças representam um predomínio do crescimento por condensação na

Estação Seca e de Transição (translação do espectro) e CC (aumento do LWC com o

diâmetro) na Chuvosa. Este fato pode ser devido ao tamanho das gotículas pequenas, ou seja,

na Estação Seca e de Transição a eficiência de CC é inferior à da Estação Chuvosa. Esse

efeito se refletiu no LWC das gotas médias, grandes e precipitáveis, pois a Estação Chuvosa

apresentou maior volume de água do que as outras estações.

O maior volume de água líquida proveniente de gotas médias, observado na Estação

Chuvosa, foi provavelmente, uma conseqüência da eficiência do processo de CC, cujas

diferenças dentre as estações pôde ser notada desde a segunda moda da distribuição, e

permaneceu marcante ao longo de todo espectro de gotas médias.

• D0

A freqüência do D0 (Figura 5.9) na base da nuvem mostra que ocorreram gotículas

maiores durante a Estação Chuvosa e que houve um eficiente processo de crescimento ao

longo da ascensão vertical. O deslocamento das distribuições de freqüência pelos níveis

verticais se mostrou mais amplo que na Estação Seca e na Estação de Transição, o que

significa uma menor eficiência no processo de crescimento. A Estação de Transição não

apresentou medidas entre 600-500mb, porém, entre 700-600mb a distribuição de freqüência

foi bem mais estreita e com D0 médio maior que a Estação Seca. Isto pode ser resultado da

diminuição da concentração de aerossóis, o respectivo aumento do tamanho dos aerossóis e da

disponibilidade de vapor d’água.

134

Os perfis verticais de D0 (Figura 5.10) indicaram maior eficiência no crescimento de

gotículas durante a Estação Chuvosa. Apesar de, na camada da base, o D0 na Estação Seca ter

sido maior que na Estação de Transição, o desenvolvimento das gotículas, durante a ascensão,

se mostrou um pouco mais eficiente na Estação de Transição. O crescimento experimentado

pelas gotículas ao longo da ascensão vertical (900 e 500mb) na Estação Chuvosa foi de ~

12µm, enquanto que na Estação Seca foi de 7,8µm. Essa eficácia na Estação Chuvosa pode

ser um reflexo do predomínio do processo de CC com a altura, uma vez que a eficiência de

CC aumenta com o tamanho das gotículas. Na Estação de Transição, entre os níveis de 900 e

600mb, as gotículas cresceram 9,5µm, contra 5,1µm entre as camadas equivalentes da Estação

Seca. Neste caso em particular, pode-se especular que o aumento da disponibilidade de vapor

d’água e diminuição da concentração de aerossóis tenham favorecido o maior

desenvolvimento das gotículas na Estação de Transição.

135

Figura 5.1: Distribuição de tamanho de hidrometeoros, obtidas com os sensores FSSP, OAP-2DC e 2DP, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos da Estação Chuvosa.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x

Diâmetro [µµµµm]

Estaçao Chuvosa

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

136

Figura 5.2: Distribuição de tamanho de hidrometeoros, obtidas com os sensores FSSP, 200x e 200y, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos da Estação Seca.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x


Estação Seca

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

137

Figura 5.3: Distribuição de tamanho de hidrometeoros, obtidas com os sensores FSSP, 200x e 200y, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos da Estação de Transição.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x


Estação de Transição

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

138

Figura 5.4: Distribuição de conteúdo de água líquida por tamanho, obtida com os sensores FSSP, OAP-2DC e 2DP, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos da Estação Chuvosa.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x


Estação Chuvosa

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

³)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

139

Figura 5.5: Distribuição de conteúdo de água líquida por tamanho, obtida com os sensores FSSP, 200x e 200y, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos da Estação Seca.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x


Estação Seca

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

³)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

140

Figura 5.6: Distribuição de conteúdo de água líquida por tamanho, obtida com os sensores FSSP, 200x e 200y, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos da Estação de Transição.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x


Estação de Transição

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nte

úd

o d

e Á

gu

a Lí

qu

ida

(g/m

³)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

141

Figura 5.7: Freqüência de ocorrência do diâmetro onde o conteúdo de água líquida é 50% (D0), para as camadas entre os intervalos de pressão, 900-800, 800-700, 700-600 e 600-500mb, para a Estação Chuvosa.

0

20

40

60

80

100

3.5 5 6.5 8 9.5 11 12.5 14 15.5 17 18.5 20 21.5 23 24.5 26 27.5 29 30.5 32 33.5 35 36.5 38 39.5 41 42.5 44 45.5 47

Freq

üên

cia

(%

)

Diâmetro de 50% de Água Líquida, D0 (µµµµm)

900-800

800-700

700-600

600-500

142

Figura 5.8: Freqüência de ocorrência do diâmetro onde o conteúdo de água líquida é 50% (D0), para as camadas entre os intervalos de pressão, 900-800, 800-700, 700-600 e 600-500mb, para a Estação Seca.

0

20

40

60

80

100

3.5 5 6.5 8 9.5 11 12.5 14 15.5 17 18.5 20 21.5 23 24.5 26 27.5 29 30.5 32 33.5 35 36.5 38 39.5 41 42.5 44 45.5 47

Freq

üê

nci

a (

%)


900-800

800-700

700-600

600-500

143

Figura 5.9: Freqüência de ocorrência do diâmetro onde o conteúdo de água líquida é 50% (D0), para as camadas entre os intervalos de pressão, 900-800, 800-700, 700-600 e 600-500mb, para a Estação de Transição.

0

20

40

60

80

100

3.5 5 6.5 8 9.5 11 12.5 14 15.5 17 18.5 20 21.5 23 24.5 26 27.5 29 30.5 32 33.5 35 36.5 38 39.5 41 42.5 44 45.5 47

Fre

qü

ên

cia

(%)


900-800

800-700

700-600

600-500

144

Figura 5.10: Perfil vertical do diâmetro de 50% do conteúdo de água líquida, para as Estações Chuvosa (EC), Seca (ES) e de Transição (ET).

5.2 Poluído × Não Poluído

• Concentração e LWC

Neste item são apresentados os resultados relativos às condições de poluição das

categorias determinadas para a Estação Seca. Para cada categoria, PPF, MP e IP, há uma

distribuição média de gotículas e gotas e uma distribuição média de LWC por tamanho, para

camadas representando os níveis de 900-800, 800-700, 700-600 e 600-500mb (Figura 5.11 à

Figura 5.16). Assim como no item anterior, é apresentado um histogramas de freqüência, para

cada categoria, com as ocorrências de D0 (Figura 5.17 à Figura 5.19), e o perfil vertical do D0

de cada categoria (Figura 5.20).

A concentração inicial de gotículas do caso PPF na camada da base da nuvem (900-

800) foi a maior dentre as categorias da Estação Seca, e se manteve elevada ao longo de todo

espectro de gotículas, uma vez que não foram observadas gotículas nesta camada sob

condições MP, e sob condições IP, as gotículas da camada simplesmente não se

desenvolveram para gotas maiores. Nas camadas acima de 800mb, a concentração de

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20 25 30

Pre

ssão

(m

b)

D0 médio

EC

ES

ET

145

gotículas (até 16,25µm) foi maior nos casos poluídos, indicando que houve transporte vertical

e ativação dos CCN. Entretanto, a taxa de crescimento das gotículas nos casos PPF foi mais

eficiente, pois as gotículas acima de 16,25µm começaram a exibir as maiores concentrações

da Estação conforme sua ascensão.

O crescimento e o deslocamento da distribuição de LWC indicam que o processo de

CC se desenvolveu melhor na categoria PPF que nas restantes. A moda representativa deste

processo encontrou-se em 170µm, e deste ponto em diante, as concentrações da categoria MP

ficaram maiores que das categorias PPF e IP, apesar de não terem sido observadas diferenças

significativas no LWC nesta parte do espectro. As gotas grandes e precipitáveis apresentaram

maior concentração nas camadas mais elevadas, acima de 700mb, sob condições PPF,

entretanto, não houve diferença na camada 800-700mb entre as categorias PPF e MP. Os

hidrometeoros sob condições IP apresentaram maiores concentrações e LWC, no entanto, o

máximo tamanho foi observado em condições MP.

• D0

A evolução do diâmetro D0, ao longo da vertical, da categoria PPF, mostrou que sob

tais condições, as gotículas cresceram com mais eficiência, ou seja, distribuições mais amplas.

As distribuições de freqüência sob condições IP foram as mais estreitas e retrataram a menor

eficiência de crescimento de gotículas. Já o MP apresentou um comportamento intermediário

às duas, porém com alguns “outliers”. Essas distribuições indicam que com o aumento da

poluição existe um estreitamento do espectro. Por outro lado, a diminuição de poluição pode

ressaltar a presença de aerossóis maiores, que eram suprimidos devido à grande quantidade de

partículas pequenas. Esse raciocínio é plausível, pois medidas em PPF apresentam maiores

D0, que podem ser resultado de aerossóis maiores.

146

Em termos de crescimento com a altura (Figura 5.20), sob condições PPF, as

gotículas cresceram 16µm entre a base e o topo da nuvem (900-500mb), e sob condições IP as

gotículas cresceram apenas 5,3µm. Isto pode ser uma conseqüência da diminuição da

concentração e aumento de tamanho dos aerossóis, que permitiu uma melhor eficiência do

crescimento por CC. Desconsiderando a camada de 900-800mb das condições MP, já que este

nível está associado com a distribuição da Figura 5.18, as condições PPF apresentaram um

crescimento de 10,39µm, a MP 4,51µm e IP 2,81µm. Este resultado pode demonstrar que a

diminuição sistemática da concentração de aerossóis tem impacto no aumento do diâmetro

das gotículas. Porém, cuidado deve ser tomado com esta afirmação, já que a diminuição da

concentração dos aerossóis pode estar associada com o aumento do tamanho dos mesmos.

Vale ressaltar que o PPF situava-se sobre regiões de floresta, onde o tamanho dos aerossóis é

maior, enquanto que sob MP e IP as medidas foram realizadas sobre área desmatada

(Albrecht, 2008 ).

147

Figura 5.11: Distribuição de tamanho de hidrometeoros, obtidas com os sensores FSSP, 200x e 200y, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos Pouco Poluídos sobre Floresta da Estação Seca.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x


PPF

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

148

Figura 5.12: Distribuição de tamanho de hidrometeoros, obtidas com os sensores FSSP, 200x e 200y, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos Moderadamente Poluídos da Estação Seca.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x


MP

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

149

Figura 5.13: Distribuição de tamanho de hidrometeoros, obtidas com os sensores FSSP, 200x e 200y, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos Intensamente Poluídos da Estação Seca.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x


IP

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

150

Figura 5.14: Distribuição de conteúdo de água líquida por tamanho, obtida com os sensores FSSP, 200x e 200y, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos Pouco Poluídos sobre Floresta da Estação Seca.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x


PPF

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

151

Figura 5.15: Distribuição de conteúdo de água líquida por tamanho, obtida com os sensores FSSP, 200x e 200y, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos Moderadamente Poluídos da Estação Seca.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x


MP

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

152

Figura 5.16: Distribuição de conteúdo de água líquida por tamanho, obtida com os sensores FSSP, 200x e 200y, entre os níveis de pressão de 900 a 500mb, para os casos Intensamente Poluídos da Estação Seca.

500 2000 3500 5000 6500 8000 9500 11000

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200y

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

OAP - 200x


IP

1E-11

1E-10

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

1E-02

1E-01

1E+00

1E+01

1E+02

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Co

nce

ntr

ação

(cm

-3.d

µµ µµm

-1)

FSSP

600 - 500

700 - 600

800 - 700

900 - 800

153

Figura 5.17: Freqüência de ocorrência do diâmetro onde o conteúdo de água líquida é 50% (D0), para as camadas entre os intervalos de pressão, 900-800, 800-700, 700-600 e 600-500mb, sob condições Pouco Poluídas sobre Floresta (PPF) da Estação Seca.

0

20

40

60

80

100

3.5 5 6.5 8 9.5 11 12.5 14 15.5 17 18.5 20 21.5 23 24.5 26 27.5 29 30.5 32 33.5 35 36.5 38 39.5 41 42.5 44 45.5 47

Fre

qü

ên

cia

(%)


900-800

800-700

700-600

600-500

154

Figura 5.18: Freqüência de ocorrência do diâmetro onde o conteúdo de água líquida é 50% (D0), para as camadas entre os intervalos de pressão, 900-800, 800-700, 700-600 e 600-500mb, sob condições Moderadamente Poluídas (MP) da Estação Seca.

0

20

40

60

80

100

3.5 5 6.5 8 9.5 11 12.5 14 15.5 17 18.5 20 21.5 23 24.5 26 27.5 29 30.5 32 33.5 35 36.5 38 39.5 41 42.5 44 45.5 47

Freq

üê

nci

a (

%)


900-800

800-700

700-600

600-500

155

Figura 5.19: Freqüência de ocorrência do diâmetro onde o conteúdo de água líquida é 50% (D0), para as camadas entre os intervalos de pressão, 900-800, 800-700, 700-600 e 600-500mb, sob condições Intensamente Poluídas (MP) da Estação Seca.

0

20

40

60

80

100

3.5 5 6.5 8 9.5 11 12.5 14 15.5 17 18.5 20 21.5 23 24.5 26 27.5 29 30.5 32 33.5 35 36.5 38 39.5 41 42.5 44 45.5 47

Freq

üê

nci

a (

%)


900-800

800-700

700-600

600-500

156

Figura 5.20: Perfil vertical do diâmetro de 50% do conteúdo de água líquida, para as categorias Pouco Poluído sobre Floresta (PPF), Moderadamente Poluído (MP) e Intensamente Poluído (IP), da

Estação Seca.

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20 25 30

Pre

ssão

(m

b)

D0 médio

PPF

MP

IP

157

6 CONCLUSÕES

Este trabalho foi fundamentado em medidas microfísicas das nuvens realizadas por

aviões instrumentados durante as campanhas experimentais WetAMC, 1999 e Dry-to-

Wet/RACCI, 2002. Os dados de ambas as campanhas foram uniformizados, calibrados e

ajustados, e os arquivos dos vôos foram filtrados de forma a conter somente amostras tomadas

dentro das nuvens. Todo o trabalho em tratar estes dados foi empenhado não apenas para esta

pesquisa, mas também com intuito de construir uma base de dados que poderá ser utilizada

por outros pesquisadores em trabalhos futuros.

Uma metodologia foi desenvolvida para classificar as amostragens resultantes do

tratamento de dados, estabelecida em função de alguns critérios como, estação do ano,

condição atmosférica de poluição, registros do “Log Book“ dos aviões e cobertura vegetal.

Uma vez classificadas, a caracterização das nuvens foi desenvolvida com base nos perfis

verticais de concentração e LWC dos hidrometeoros, assim como das suas distribuições de

tamanho em diferentes níveis de pressão. Cada amostragem foi discutida individualmente

para posteriormente constituírem um grupo representativo de cada estação: Chuvosa, Seca e

de Transição. Além do perfil geral de cada estação, as amostragens realizadas durante a

Estação Seca deu origem a três categorias, Pouco Poluído sobre Floresta, Moderadamente

Poluído e Intensamente Poluído, que também foram comparadas entre si de forma a

caracterizar os principais aspectos microfísicos conseqüentes da poluição emitida por

queimadas.

As diferenças observadas entre as estações e entre as condições de poluição foram

bem evidentes. Os principais valores encontrados para cada estação e condição de poluição

encontram-se na Tabela 6.1. A comparação entre as estações mostrou maior eficiência de

crescimento na Estação Chuvosa, tanto para o processo de crescimento por condensação,

quanto para o de CC. Durante a Estação Chuvosa o D0 variou entre 16,8 e 28,7µm, a moda de

158

crescimento por condensação ocorreu em 12,5µm e a moda de CC ficou situada em 32,5µm;

no caso da Estação Seca, a variação do D0 foi de 12,1 a 20,0µm, sendo que a moda de

condensação ocorreu em 5,75µm e a moda mais evidente de CC ficou em 170µm; na Estação

de Transição, a variação do D0, entre as camadas de 900-600mb, foi de 8,3 a 17,9µm, e as

modas de condensação e CC ficaram em 5,75 e 170µm.

As Estações Seca e de Transição apresentaram concentrações maiores na região da

moda de condensação (máximo de 93,8cm-3µm-1 em 5,75µm e 126,0 em 5,75µm, para as

Estações Seca e de Transição, respectivamente), entretanto, o diâmetro médio destas gotículas

foi menor que os diâmetros vistos nesta mesma moda durante a Estação Chuvosa

(11,68cm-3µm-1 em 12,5µm).

A Estação Chuvosa caracterizou-se por um crescimento de gotículas eficaz, onde o

processo de condensação auxiliou na eficiência de coleta do processo de CC, uma vez que foi

atingida em diâmetros menores do que os observados durante as outras estações. Como

conseqüência, a Estação Chuvosa também apresentou as maiores concentrações e LWC

provenientes de gotas médias, grandes e precipitáveis, assim como o tamanho máximo obtido

por estes hidrometeoros. O máximo LWC proveniente da OAP-2DC foi de 0,3g/m³, da OAP-

2DP, 2,7g/m³ e os hidrometeoros atingiram 12mm de diâmetro. Já nas Estações Seca e de

Transição, o máximo LWC proveniente da OAP-200x foi de 0,02g/m³ para ambas as estações,

o LWC da OAP-200y foi de 0,02 e 0,01g/m³, e os hidrometeoros chegaram a 3,8 e 4,4mm de

diâmetro, respectivamente. Porém, vale ressaltar que durante 2002 o avião não realizou vôos

abaixo da isoterma de 0°C, podendo então ser um reflexo da amostragem de dados.

A maior eficiência de crescimento observada em ambos os processos na Estação

Chuvosa, e também ao longo da vertical, pode ter sido causada tanto pelo excesso de vapor,

distribuído em uma quantidade menor de CCN, quanto por uma maior fração de CCN grandes

que ficam disponíveis nesta estação. Durante a Estação Chuvosa o D0 variou 12µm ao longo

159

da vertical, e na Estação Seca, essa variação foi de 7,8µm. No caso da Estação de Transição, a

variação do D0, entre as camadas de 900-600mb, foi de 9,5µm (6,3 e 5,1µm para as Estações

Chuvosa e Seca, respectivamente, nas camadas equivalentes).

A Estação de Transição apresentou um desenvolvimento das gotículas ao longo da

vertical ligeiramente mais eficiente que o observado na Estação Seca, possivelmente causado

pelo aumento da disponibilidade de vapor d’água e diminuição da concentração de aerossóis.

As condições de poluição derivadas da Estação Seca mostraram que em ambiente

PPF houve mais eficiência de crescimento no início do processo de CC, entretanto, as

diferenças entre as concentrações e LWC de gotas médias, grandes e precipitáveis não foram

significativas. O perfil vertical do D0 indicou uma maior taxa de crescimento das gotículas

sob condições PPF (16µm em PPF contra 5,3µm em IP) e apontou um estreitamento do

espectro das distribuições proporcional à intensidade da poluição, que poderia ter sido

causado pela maior concentração de aerossóis pequenos.

160

Tabela 6.1: Síntese das principais valores obtidos para cada Estação (EC, ES e ET) e condição de poluição da Estação Seca (PPF, MP e IP). As colunas, da esquerda para a direita, representam: O diâmetro médio das gotículas que compuseram a 1ª moda da distribuição; a concentração na 1ª moda; o LWC na 1ª moda; o diâmetro médio das gotículas da 2ª moda; a concentração na 2ª moda; o LWC na 2ª moda; o diâmetro máximo observado; o diâmetro onde o LWC é

50%, o LWC total de cada sensor, FSSP, OAP-2DC/200x e OAP-2DP/200y.

1a Moda Conc LWC 2

a Moda Conc LWC Dmáx D0 LWCFSSP LWC2DC/200x LWC2DP/200y

µ m cm-3

µm-1

g/m³ µm cm-3

µm-1

g/m³ µ m µm g/m³ g/m³ g/m³

600-500 12,5 1,51 7,7E-03 32,5 1,5E+00 1,4E-01 12000 28,7 0,33 3,0E-01 2,7E+00

700-600 12,5 3,26 1,7E-02 32,5 1,1E+00 9,7E-02 6800 23,1 0,30 1,1E-01 5,1E-01

800-700 12,5 11,58 5,9E-02 32,5 6,1E-02 5,5E-03 4800 18,5 0,25 1,1E-01 1,5E+00

900-800 12,5 0,98 5,0E-03 32,5 2,7E-02 2,4E-03 5200 16,8 0,02 5,4E-02 8,1E-01

600-500 5,75 42,73 6,4E-03 170 2,6E-05 2,0E-03 3750 20,0 0,91 1,9E-02 2,1E-02

700-600 5,75 66,76 1,0E-02 170 1,6E-05 1,2E-03 3465 17,2 0,94 9,6E-03 1,2E-02

800-700 5,75 93,86 1,4E-02 170 8,3E-06 6,4E-04 3750 12,6 0,57 6,7E-03 1,1E-02

900-800 5,75 79,51 1,2E-02 170 1,0E-06 7,8E-05 1400 12,1 0,20 5,5E-04 6,2E-05

600-500 - - - - - - - - - - -

700-600 5,75 49,09 7,3E-03 170 2,3E-05 1,8E-03 3465 17,9 0,87 2,0E-02 4,2E-03

800-700 5,75 92,38 1,4E-02 170 1,4E-05 1,1E-03 4350 11,9 0,56 1,3E-02 1,2E-02

900-800 5,75 125,97 1,9E-02 170 5,4E-06 4,2E-04 1700 8,3 0,21 5,1E-03 2,1E-04

EC

ES

ET

600-500 2,75 23,20 3,8E-04 170 4,7E-05 3,6E-03 3175 25,8 0,65 3,4E-02 3,0E-02

700-600 2,75 33,25 5,4E-04 170 1,2E-05 9,6E-04 3465 21,1 0,81 1,1E-02 1,7E-02

800-700 2,75 43,89 7,2E-04 170 8,7E-06 6,7E-04 3750 15,4 0,55 5,8E-03 7,0E-03

900-800 5,75 106,8 1,6E-02 170 1,0E-06 7,8E-05 1400 9,9 0,33 5,5E-04 6,2E-05

600-500 5,75 50,64 7,6E-03 140 1,5E-05 6,3E-04 3750 16,6 0,88 8,3E-03 2,0E-03

700-600 5,75 73,68 1,1E-02 170 2,3E-05 1,8E-03 2290 14,8 0,92 1,1E-02 5,7E-03

800-700 5,75 97,51 1,5E-02 170 1,3E-05 9,7E-04 3465 12,1 0,62 8,7E-03 4,5E-03

900-800 - - - - - - - - - - -

600-500 10,25 124,80 1,1E-01 170 1,7E-05 1,3E-03 3175 13,5 1,45 8,0E-03 7,8E-03

700-600 10,25 98,24 8,3E-02 170 1,4E-05 1,1E-03 2880 12,9 1,04 8,1E-03 4,4E-03

800-700 5,75 121,47 1,8E-02 170 5,4E-06 4,2E-04 3175 10,6 0,55 4,9E-03 6,0E-03

900-800 4,25 57,65 3,5E-03 - - - 26,75 8,2 0,07 0 0

PPF

MP

IP

161

7 REFERÊNCIAS

Albrecht, B. A., 1989. Aerosols, cloud microphysics and fractional cloudiness. Science, 245,

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